海洋所在風(fēng)生近慣性內(nèi)波深層傳播方面取得新進(jìn)展
近日,中國科學(xué)院海洋研究所于非研究團(tuán)隊基于長期連續(xù)全水深潛標(biāo)觀測,闡明了南海北部風(fēng)生近慣性內(nèi)波深層傳播特征,進(jìn)一步完善了風(fēng)生近慣性內(nèi)波對深層混合貢獻(xiàn)的認(rèn)識,成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《深海研究I》(Deep Sea Research Part I)。
近慣性內(nèi)波是海洋內(nèi)部頻率接近于慣性頻率的一種波動,占據(jù)了內(nèi)波譜中約一半的能量,并存在強的垂向剪切,對維持海洋層結(jié)、物質(zhì)和能量輸運具有重要意義。風(fēng)是近慣性內(nèi)波生成最重要的源,目前大量觀測已表明風(fēng)生近慣性內(nèi)波是上層強混合的重要機(jī)制。盡管如此,由于缺少全水深的連續(xù)觀測,對風(fēng)生近慣性內(nèi)波深層傳播特征及其對深層混合的貢獻(xiàn)尚未有明確的科學(xué)認(rèn)識。

圖1?臺風(fēng)和寒潮共同強迫的風(fēng)生近慣性內(nèi)波緯向流速(a)、經(jīng)向流速(b)和WKB近似之后的近慣性流速(c、d)
基于全水深溫、鹽、流潛標(biāo)觀測(~2290 m水深),我們發(fā)現(xiàn)臺風(fēng)和寒潮聯(lián)合生成的風(fēng)生近慣性內(nèi)波從海表向深層傳播,深度超過1500 m(圖1)。該近慣性內(nèi)波具有相當(dāng)大的垂直波長,垂向結(jié)構(gòu)顯示出較高的一致性特點,因此強垂直剪切和能量主要集中在垂直波長大于500 m尺度上。相對應(yīng)地,深層傳播風(fēng)生近慣性內(nèi)波具有更快的垂直群速度(平均為160 m/day),水平波長從上層600 km向深層逐漸遞減至幾十公里。此外,有趣的發(fā)現(xiàn)是由于流速垂向結(jié)構(gòu)較高的一致性,近慣性動能并未隨深度迅速衰減,在100–1500 m深度范圍內(nèi)的平均向下能量通量占混合層內(nèi)風(fēng)生近慣性能量通量的19–43%。
為了探究深層傳播風(fēng)生近慣性內(nèi)波對深層剪切及混合的貢獻(xiàn),我們間接地利用GHP參數(shù)化方法分四層水體評估近慣性剪切與總剪切和混合的關(guān)系(圖2)。結(jié)果表明,風(fēng)生近慣性內(nèi)波對深層總剪切增強具有重要的作用,顯著強于全日和半日內(nèi)潮的貢獻(xiàn)(圖2e),深度平均的總剪切和擴(kuò)散率增強~270%和140%。因此,該工作促進(jìn)了我們對深層傳播風(fēng)生近慣性內(nèi)波特征及其對深?;旌嫌绊懙恼J(rèn)識。

圖2?四層水體內(nèi)深度平均的跨等密度面擴(kuò)散率(a). 流速總垂直剪切(b). 深度小于500米水深內(nèi)(D<500 m)各頻率分量的近慣性流速、全日潮流速、半日潮流速垂直剪切(c). (d-f)與(c)相同,但是對應(yīng)其他三層水深各剪切分量時間序列分布
論文第一作者為中國科學(xué)院海洋所博士后陳子飛,通訊作者為于非研究員,合作者包括中國科學(xué)院南海所研究員陳植武,中國科學(xué)院海洋所任強、劉興傳博士和南峰研究員等。該研究得到國家重點研發(fā)計劃項目,國家自然科學(xué)青年基金,中國博士后面上項目和LTO開放基金等資助。
文章信息:
Chen, Zifei, Chen Zhiwu, Yu Fei, Ren Qiang et al., 2024: Deep propagation of wind-generated near-inertial waves in the Northern South China Sea. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 204, 104226. DOI: /10.1016/j.dsr.2023.104226
文章鏈接:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0967063723002650
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