吕宋海峡大型锚系阵列观测首批成果在线发表

作者:赵瑞祥、郑华 发布日期:2022-10-31 阅读:767

近日,我室朱小华团队在物理海洋专业顶级期刊Journal of Physical Oceanography上连发3篇论文,报道了该团队和中科院海洋所团队合作,在吕宋海峡组织开展的我国最大规模的CPIES(Current-Pressure equipped Inverted Echo Sounder)阵列观测所产出的首批成果。


依托国家全球变化与海气相互作用专项,自然资源部第二海洋研究所和中国科学院海洋研究所共同在吕宋海峡及台湾以东海域组织开展了我国规模最大的CPIES阵列观测。该观测历经3个航次100余天的海上作业,总航程超过6000海里,实现了40个站位CPIES近400天的连续观测(图1)(参考1中科院海洋所新闻:我国最大规模CPIES阵列观测取得圆满成功)。CPIES阵列组成了迄今为止该区域的最大的立体观测网,对研究该海域三维流场结构、黑潮与南海水交换、中尺度涡的结构及其演变过程、近惯性振荡对海洋能量传播影响规律等科学问题具有重大意义。我实验室朱小华研究团队针对上述研究热点,开展了系列研究,取得了阶段性成果。


图1. 吕宋海峡西侧CPIES站位示意图。圆环表示数据覆盖情况,箭头表示近海底平均流场。.png

图1. 吕宋海峡西侧CPIES站位示意图。

圆环表示数据覆盖情况,箭头表示近海底平均流场。


01
成果一:夏季黑潮水入侵南海新方式

该成果报道了一种发生在夏季的黑潮水入侵南海的新方式——北吕宋暖涡(North Luzon Warm Eddy, NLWE),即起源于吕宋岛北部的反气旋式中尺度涡。NLWE有别于前人提出的起源于吕宋岛西北部的吕宋暖涡:它的起源地更靠近黑潮主轴,因此能够携带大量的黑潮水。在观测期间,有两个NLWE相继从CPIES阵列上经过。CPIES反演结果表明该中尺度涡的次表层携带了大量的高盐(S>34.7)黑潮水,这一点也为同期的Argo剖面直接观测资料证实。我们对历史上的NLWE进行了统计,发现NLWE主要在夏季出现而不在冬季出现,这与吕宋岛北部的季节性风应力旋度密切相关,而季节内尺度的强负风应力旋度事件是NLWE产生的直接驱动因素。论文总结出NLWE的生成、发展和消亡过程:它在吕宋岛北部由夏季的风应力旋度驱动下产生,并携带黑潮水入侵南海;NLWE到达南海陆坡后逐渐消亡,伴随着涡能量向平均流能量的转化,并可能激发跨陆架输送和地形Rossby波。经估计,通过NLWE入侵南海的黑潮水可占夏季入侵黑潮水总量的1/3以上,因此,NLWE对南海北部层化和季节性环流的形成具有重要影响(图2)。


图2. NLWE的生成和演变过程.png

图2. NLWE的生成和演变过程

02
成果二:吕宋海峡西侧深层流

北太平洋深层水通过吕宋海峡入侵南海后驱动形成了南海深层气旋式环流,南海深层环流及相关多尺度动力过程是当前南海研究的热点之一。该成果刻画了北太平洋深层水入侵南海后在吕宋海峡西侧形成的深层流场的精细结构及季节变化特征(图3)(详细点击参考南海深层环流最新观测研究成果)。深层流在陡峭的东边界窄而强,在平缓的西边界弱而宽。2500 dbar以深,沿东西边界的体积输送分别为约1.21 ± 0.93 Sv和约1.59 ± 0.95 Sv。季节信号沿着环流路径的传播导致吕宋海峡附近和海盆内的季节变化不同步,海盆内的季节变化滞后吕宋海峡附近约7.5个月。该成果为研究该区域的多尺度动力过程、海盆沉积过程、水团更新、物质循环、能量平衡等提供了参考。


图3. 吕宋海峡西侧深层流场年平均结构.png

图3. 吕宋海峡西侧深层流场年平均结构

03
成果三:吕宋海峡西侧地形Rossby波

该成果揭示了吕宋海峡西侧马尼拉海沟内约21天周期的季节内振荡的产生过程和动力机制(图4)(详细参考成果南海深层季节内振荡研究)。底部强化的约21天周期的季节内振荡符合地形罗斯贝波的特征,是深层流场对上层黑潮路径摆动和与黑潮相关的涡旋的动力响应。上层海洋的扰动在地形复杂的吕宋海峡海域通过位涡调整驱动深层地形罗斯贝波,进而影响深层流场的季节内振荡。地形罗斯贝波在南海深层的季节内振荡中扮演了重要角色,是沟通南海上层和深层动力过程的重要桥梁,是上层黑潮入侵等中尺度扰动传输能量至深海的关键纽带。


图4. 站位间地形罗斯贝波的传播。(a)中暗红和红色分别为考虑和未考虑背景流时的波射线,波射线表明地形罗斯贝波能量在马尼拉海沟内逆时针传播。(b–g)各站位地形罗斯贝波EKE时间序列,箭头表示地形罗斯贝波在站位间的传播。.png

图4. 站位间地形罗斯贝波的传播。(a)中暗红和红色分别为考虑和未考虑背景流时的波射线,波射线表明地形罗斯贝波能量在马尼拉海沟内逆时针传播。(b–g)各站位地形罗斯贝波EKE时间序列,箭头表示地形罗斯贝波在站位间的传播。


引用:

成果一:Zhao, R., Zhu, X.-H., Zhang, C., Zheng, H., Zhu, Z.-N., Ren, Q., Liu, Y., Nan, F., Yu, F. (2022). Summer anticyclonic eddies carrying Kuroshio waters observed by a large CPIES array west of the Luzon Strait. Journal of Physical Oceanography. https://doi.org/10.1175/JPO-D-22-0019.1

成果二:Zheng, H., Zhu, X.-H., Zhang, C., Zhao, R., Zhu, Z.-N., Ren, Q., Liu, Y., Nan, F., Yu, F. (2022). Observation of Abyssal Circulation to the West of the Luzon Strait, South China Sea. Journal of Physical Oceanography. 52(9): 2091-2109. https://doi.org/10.1175/JPO-D-21-0284.1

成果三:Zheng, H., Zhu, X.-H., Chen, J., Wang, M., Zhao, R., Zhang, C., Zhu, Z.-N., Ren, Q., Liu, Y., Nan, F., Yu, F. (2022). Observation of Bottom-Trapped Topographic Rossby Waves to the West of the Luzon Strait, South China Sea. Journal of Physical Oceanography. 52. https://doi.org/10.1175/JPO-D-22-0065.1



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