海洋所在風生近慣性內波深層傳播方面取得新進展
近日,中國科學院海洋研究所于非研究團隊基于長期連續(xù)全水深潛標觀測,闡明了南海北部風生近慣性內波深層傳播特征,進一步完善了風生近慣性內波對深層混合貢獻的認識,成果發(fā)表在國際學術期刊《深海研究I》(Deep Sea Research Part I)。
近慣性內波是海洋內部頻率接近于慣性頻率的一種波動,占據了內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、物質和能量輸運具有重要意義。風是近慣性內波生成最重要的源,目前大量觀測已表明風生近慣性內波是上層強混合的重要機制。盡管如此,由于缺少全水深的連續(xù)觀測,對風生近慣性內波深層傳播特征及其對深層混合的貢獻尚未有明確的科學認識。

圖1?臺風和寒潮共同強迫的風生近慣性內波緯向流速(a)、經向流速(b)和WKB近似之后的近慣性流速(c、d)
基于全水深溫、鹽、流潛標觀測(~2290 m水深),我們發(fā)現臺風和寒潮聯合生成的風生近慣性內波從海表向深層傳播,深度超過1500 m(圖1)。該近慣性內波具有相當大的垂直波長,垂向結構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。相對應地,深層傳播風生近慣性內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)現是由于流速垂向結構較高的一致性,近慣性動能并未隨深度迅速衰減,在100–1500 m深度范圍內的平均向下能量通量占混合層內風生近慣性能量通量的19–43%。
為了探究深層傳播風生近慣性內波對深層剪切及混合的貢獻,我們間接地利用GHP參數化方法分四層水體評估近慣性剪切與總剪切和混合的關系(圖2)。結果表明,風生近慣性內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潮的貢獻(圖2e),深度平均的總剪切和擴散率增強~270%和140%。因此,該工作促進了我們對深層傳播風生近慣性內波特征及其對深?;旌嫌绊懙恼J識。

圖2?四層水體內深度平均的跨等密度面擴散率(a). 流速總垂直剪切(b). 深度小于500米水深內(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院南海所研究員陳植武,中國科學院海洋所任強、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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