海洋所在白令海風(fēng)生近慣性?xún)?nèi)波深層傳播觀測(cè)研究方面取得新進(jìn)展
近日,中國(guó)科學(xué)院海洋研究所于非研究團(tuán)隊(duì)在白令海風(fēng)生近慣性?xún)?nèi)波深層傳播觀測(cè)和機(jī)制研究方面取得新進(jìn)展,研究成果發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Geophysical Research Letters。
白令海連接著太平洋和北冰洋,該海區(qū)的內(nèi)波致混合對(duì)兩大洋間的物質(zhì)能量分配和平衡、生物地球化學(xué)循環(huán)、全球氣候變化等過(guò)程都至關(guān)重要。受常年存在的、強(qiáng)大的副極地低壓控制,大風(fēng)成為白令海的“常客”,由此生成的近慣性能量在白令海非?;钴S。然而,目前對(duì)白令海風(fēng)生近慣性?xún)?nèi)波深層傳播認(rèn)識(shí)仍然不足。
混合層深度是影響風(fēng)生近慣性能量向下傳播的關(guān)鍵因素之一?;旌蠈釉缴?,投影至低模態(tài)能量越多,傳播至深層近慣性能量越多?;谶B續(xù)一年的深海潛標(biāo)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)白令海從5月底至11月底,由于海表加熱和次表層冷水存在,夏季近表層形成強(qiáng)層結(jié),混合層深度平均為19±9 m,而冬季混合層深度平均為102±25 m(圖1)。

圖1 (a-b)潛標(biāo)觀測(cè)的溫度和層結(jié) (c)潛標(biāo)觀測(cè)的混合層深度、再分析數(shù)據(jù)和Argo觀測(cè)結(jié)果(分別對(duì)應(yīng)品紅色線、藍(lán)色線和紅色三角)
觀測(cè)期間的風(fēng)功結(jié)果(圖2a)顯示,潛標(biāo)站點(diǎn)的累計(jì)年風(fēng)功輸入混合層約12?kJ/m2,主要是由8月至次年3月的幾次間歇性的風(fēng)功事件控制。觀測(cè)的近慣性動(dòng)能(圖2b-d)表明,在夏季期間(6月至11月)近慣性能量被約束在近表層60?m以上(U1、U2、U3),而冬季期間(12月至次年5月)近慣性能量向更深層傳播(D1、D2、D3)。初步顯示冬夏期間的混合層深度差異可能是近慣性能量傳播深度差異的主要原因。

圖2 (a)潛標(biāo)站位點(diǎn)的風(fēng)功(b-d)潛標(biāo)觀測(cè)的近慣性動(dòng)能
對(duì)夏季和冬季期間的近慣性能量做平均(圖3a-b),結(jié)果顯示夏季U1-3平均近慣性動(dòng)能在上層100 m減小一個(gè)數(shù)量級(jí)(5 J/m3減小為0.5 J/m3),而冬季D1-3平均近慣性動(dòng)能超過(guò)一半的能量可以下傳至更深層>250 m。此外,夏季期間除了向下傳播的近慣性能量,還出現(xiàn)顯著的向上傳播近慣性能量(圖3c)。盡管U1事件受反氣旋渦的負(fù)渦度捕獲影響,近慣性能量仍被限制在近表層。

圖3 (a-b)夏季和冬季風(fēng)生近慣性事件發(fā)生期間層結(jié)平均和近慣性動(dòng)能平均剖面(c)旋轉(zhuǎn)分解近慣性流速計(jì)算的近慣性動(dòng)能(紅色為向上傳播能量,藍(lán)色為向下傳播能量)(d)相對(duì)渦度 (e-h)U2和D2事件發(fā)生期間的順時(shí)針近慣性流速和近慣性動(dòng)能
由于U2和D2期間的渦度幾乎為0,表明這兩次事件幾乎不受渦旋的影響,可用這兩次事件比較混合層深度差異對(duì)其能量傳播深度影響。圖4是針對(duì)U2和D2事件開(kāi)展的射線追蹤分析,結(jié)果顯示夏季期間混合層深度淺,形成小的垂直波長(zhǎng),群速度幾乎為0,能量被限制在近表層。而冬季混合層深,形成大的垂直波長(zhǎng),群速度快,能量向深層傳播。因此,混合層深度影響近慣性?xún)?nèi)波的垂直波長(zhǎng),從而塑造近慣性能量的傳播深度。

圖4 U2和D2事件的射線追蹤結(jié)果
考慮到亞極地和極地海區(qū)次表層高溫水位于近表層冷水之下,由于近慣性?xún)?nèi)波的強(qiáng)垂直剪切,其塑造的強(qiáng)混合可將次表層高溫水垂直混合至近表層,從而增加近表層溫度,因此該工作對(duì)于理解亞極地到極地海區(qū)的上層海洋混合、熱量垂向通量以及海冰融化等都具有重要意義。
論文第一作者為中國(guó)科學(xué)院海洋研究所陳子飛博士后,論文的共同通訊作者為于非研究員和劉興傳博士后,合作者包括中國(guó)科學(xué)院南海所陳植武研究員、刁新源正高級(jí)工程師、南峰研究員、王建豐和劉巖松副研究員、任強(qiáng)和王然助理研究員。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)青年基金,國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和中國(guó)博士后面上項(xiàng)目等資助。
文章信息:
Chen Zifei,Chen Zhiwu,Yu Fei*,Liu Xingchuan* et al. (2025). Observed inhibited downward penetration of wind-generated near-inertial energy in the Bering sea. Geophysical Research Letters,52,e2025GL114896. https://doi.org/10. 1029/2025GL114896.
文章鏈接:
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2025GL114896
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