海洋所系統解釋全球海洋中尺度渦海表熱力信號變化特征及機理
近日,中國科學院海洋研究所李曉峰研究團隊基于多源遙感和實測數據,系統揭示了全球海洋中尺度渦在運動過程中的海表熱力信號變化特征,并闡明其產生機理。成果以封面文章形式發(fā)表于國際學術期刊《深海研究I》(Deep Sea Research Part I)。

圖1?海洋中一長壽反氣旋渦運動過程中的海表及次表層參數變化
中尺度渦廣泛分布于全球海洋,是能量級串中連接大尺度和小尺度的重要中介,同時也是海洋物質能量輸送和混合的關鍵紐帶。傳統觀念中,反氣旋渦被認為是暖渦(SWAEs),而氣旋渦被認為是冷渦(SCCEs)。然而,隨著海洋遙感觀測技術的發(fā)展,表面冷的反氣旋渦(SCAEs)和暖的氣旋渦(SWCEs)在多個海域被發(fā)現。已有研究主要關注特定海域“異?!睖u旋的歐拉特征,但尚未有研究從全球尺度揭示“異?!睖u旋(即SCAEs和SWCEs)與“正?!睖u旋(即SWAEs和SCCEs)之間的轉換規(guī)律和生成機制。
李曉峰研究團隊基于多源遙感數據,利用深度學習算法提取全球海洋中的“異?!敝谐叨葴u,并結合Argo實測數據,研究全球海洋長壽渦(>1年)在運動過程中“正?!睖u和“異常”渦的轉變規(guī)律和機制。結果顯示,SCAEs約占長壽反氣旋渦生命周期的37.8%,主要集中在南大西洋;而SWCEs則占長壽氣旋渦生命周期的46.4%,主要分布在南印度洋的澳大利亞東部和南部海岸。此外,在南大西洋,長壽反氣旋渦演變過程中有20%的SCAEs持續(xù)時間超過3個月,而在南印度洋,約36%的SWCEs持續(xù)時間也超過3個月,且最長可達1年。然而,在其他海域,約90%的“異?!睖u在轉變?yōu)椤罢!睖u旋狀態(tài)之前的持續(xù)時間不足3個月。
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圖2?全球長壽反氣旋渦(LAEs,a)和長壽氣旋渦(b)軌跡分布圖。同一軌跡出現不同顏色代表渦旋運動過程中海表熱力信號發(fā)生變化。
“異常”渦不僅在不同海域的持續(xù)時間不同,其垂直溫度結構也存在顯著差異。研究表明,短壽命(<3個月)的SCAEs(SWCEs)受到風-渦相互作用的影響,其冷(暖)異常主要體現在上混合層,且在夏季比冬季更活躍。相反,長壽命(>3個月)的“異?!睖u旋,如南大西洋的SCAEs和南印度洋的SWCEs,在200米和300米以淺顯示出冷和暖異常,且季節(jié)變化較弱,這分別受潛沉過程和澳大利亞西海岸的Leeuwin Current System(LCS)特定的三維結構的影響。潛沉能夠將上混合層的低位渦水帶入到季節(jié)性混合層下方的溫躍層,導致表面強化的AEs向次表面強化結構轉變,從而在海表表現為冷AEs(圖3b第二列)。而LCS由上層(淺于300米)的暖東向流和下層(深于300米)的冷西向流所主導,影響該海域的CEs的垂直溫度結構,使其在300米以淺觀測到暖異常(圖3a最右列)。總之,該研究從全球尺度揭示了中尺度渦旋運動過程中表面和次表面熱力學特性的變化,并討論了它們的潛在機制。這為進一步加深對海洋中尺度渦的科學認知、優(yōu)化海洋模式的精度提供了技術支持和理論依據。

圖3?全球五個海域“正?!睖u和“異?!睖u垂向溫度剖面圖
論文第一作者是中國科學院海洋研究所助理研究員劉穎潔,通訊作者為李曉峰研究員,其他合作者包括中國科學院海洋研究所劉傳玉研究員和劉倩博士。研究得到了國家自然科學基金山東省聯合基金、國家自然科學青年基金以及國家實驗室“十四五”重大項目資助。
相關論文信息:
[1] Liu, Y., Zheng, Q., & Li, X. (2021). Characteristics of global ocean abnormal mesoscale eddies derived from the fusion of sea surface height and temperature data by deep learning. Geophysical Research Letters, 48(17), e2021GL094772, https://doi.org/10.1029/2021GL094772
[2] Liu, Y., Li, X., Liu, C., & Liu, Q. (2024). Transitions in surface thermal signatures during the evolution of long-lived eddies in the global ocean. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 104279, https://doi.org/10.1016/j.dsr.2024.104279.?
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