国际合作黑潮琉球海流研究进展-卫星海洋环境动力学国家重点实验室

国际合作黑潮琉球海流研究进展

作者：刘昭君、陈俊天发布日期：2022-12-12 阅读：1169

近期，我室朱小华团队与日本和韩国合作者在物理海洋学国际期刊 Journal of Geophysical Research: Oceans, Progress in Oceanography 上连发3篇论文，报道了该团队和日本鹿儿岛大学，韩国仁荷大学在琉球岛链周边海区开展的多尺度动力过程的合作研究成果。

琉球岛链周边海域是连通我国东海和北太平洋的咽喉战略通道。该海域既有大尺度的黑潮和琉球海流，又有中尺度涡、内波、内潮等中小尺度的海洋现象。在琉球群岛众多的岛屿和复杂的海底地形等影响下，这些多尺度海洋过程相互作用，形成了一个研究多尺度海洋动力过程与相互作用的绝佳天然实验场。朱小华研究团队针对黑潮-琉球海流对气候变化的响应过程、黑潮与潮波的相互作用等研究热点，开展了系列研究，并取得了重要阶段性成果。

成果一：琉球海流对气候变化的响应

琉球岛链以东的琉球海流和黑潮同属北太平洋副热带西边界流。和黑潮一样，琉球海流也在全球水量、热量和物质循环中发挥着关键作用，并且琉球海流可以穿越琉球岛链的关键海峡入侵东海，影响东海和北太平洋的水交换过程甚至东海黑潮。

该成果基于观测和再分析数据，发现近30年以来，具有次表层流核结构的琉球海流与表层强化的东海黑潮一样呈减缓趋势（图1）。而吐噶喇海峡黑潮的减弱以及岛链东侧增多的反气旋涡是引发琉球海流减缓的两大重要原因。通常情况下，源于吐噶喇海峡和宫古海峡的第一斜压地形罗斯贝波沿岛链东侧向南传播，会压制琉球海流近岸侧的密度跃层，使密度跃层呈近岸侧深、离岸侧浅的特征。而1993-2018年期间吐噶喇海峡黑潮及宫古海峡贯穿流的减弱使得近岸侧的密度跃层抬升。另一方面，来自海洋内区的反气旋涡不断抵达琉球岛链东侧，且呈增多趋势。这些增多的反气旋涡会使琉球海流离岸侧的密度跃层变深。在上述两方面的共同作用下，琉球海流呈减缓趋势。以上成果对研究近几十年以来北太平洋西边界流对气候变化的响应过程，及西边界流与边缘海的相互作用等具有重要科学意义。

该成果近期发表于Journal of Geophysical Research: Oceans，我室刘昭君副研究员为第一作者，朱小华研究员为通讯作者，日本鹿儿岛大学Hirohiko Nakamura教授为共同作者。

图1. 琉球海流流速减缓趋势及其动力机制示意图。.png

图1. 琉球海流流速减缓趋势及其动力机制示意图。

成果二：东海地形罗斯贝波研究

该成果发现在东海大陆坡上，黑潮以下的深层逆流存在36天的振荡信号，其能量传播和频散关系符合地形罗斯贝波的特征。与此同时，九州岛以南的黑潮，存在因流轴摆动而导致的30-90天的震荡周期，并且能量最强的峰值处在约37天左右。因黑潮摆动的存在，九州岛以南的海洋上层出现了很强的扰动信号，并且与潜标站位所观测到的36天周期振荡具有较高相关性。通过地形罗斯贝波的能量射线追踪模型，发现上层扰动区域所产生的36天周期的地形罗斯贝波可以传播到大陆坡上的观测站位（图2），且模型计算得到的理论特征量与观测值基本吻合，由此进一步提供了该振荡信号是地形罗斯贝波的证据。利用高精度的数值模拟数据研究发现，整个海盆内36天左右周期的震荡对于深层流场能量变率的贡献可以达到约40%，显著区主要位于九州岛以南和大陆坡上。

此结果表明，在东海以黑潮自身变化为主的上层扰动很可能以位涡调整来产生地形罗斯贝波的形式将能量传输到深层。该成果近期发表于Journal of Geophysical Research: Oceans，我室与浙江大学联培的博士生陈俊天为第一作者，朱小华研究员为通讯作者，日本鹿儿岛大学Hirohiko Nakamura教授和韩国仁荷大学Jae-Hun Park教授为共同作者。

图2. 东海的地形罗斯贝波能量路径。.png

图2. 东海的地形罗斯贝波能量路径。

成果三：黑潮对吐噶喇海峡内潮传播的调控

该成果发现吐噶喇海峡中位于黑潮主流路中的内潮，无论是半日还是全日分量都不具有季节性，但存在着非常显著的非相干性（>50%），明显高于其在南海北部的水平（～25%）。其中，相干部分以高模态为主，非相干部分可能以低模态为主。对于内潮，季节信号的产生通常来源于层结的变化，而非相干性一般是由潮-流非线性相互作用导致的内潮相对于正压潮的相位和振幅偏移。这说明局地背景温盐场对于内潮变化的影响较弱，而流场变率可能是其主导因素。通过一个二维能量路径追踪模型，本研究发现流场的变化导致内潮相速度的不均匀分布产生了波束的聚拢和发散现象（图3），而不考虑流场仅考虑温盐场的变化时几乎不会产生显著影响。这表明背景流场本身的变化起到了潮能再分布的作用，所以在将来的工作中对海洋能量收支进行分析时可能需要更加重视动力过程间的相互作用而导致的差异。

该成果近期发表于Progress in Oceanography，我室与浙江大学联培的博士生陈俊天为第一作者，朱小华研究员为通讯作者，日本鹿儿岛大学Hirohiko Nakamura教授为共同作者。

图3.M₂内潮在不同黑潮状态（1:偏北，2:偏南）时的传播。

引用

成果一：Liu, Z.-J., Zhu, X.-H., Nakamura, H., Wang, M., Nishina, A., Qiao, Y.-X., & Zhu, Z.-N. (2022). Response of the Ryukyu Current to climate change during 1993-2018: Is there a robust trend? Journal of Geophysical Research: Oceans, 127, e2022JC018957.

https://doi.org/10.1029/2022JC018957

成果二：Chen, J., Zhu, X.-H., Zheng, H., Nakamura, H., Zhao, R., Wang, M., Park, J.-H., & Nishina, A. (2022). Observation of topographic Rossby waves triggered by Kuroshio path meander in the East China Sea. Journal of Geophysical Research: Oceans, 127, e2022JC018667.

https://doi.org/10.1029/2022JC018667

成果三：Chen, J., Zhu, X.-H., Wang, M., Zheng, H., Zhao, R., Nakamura, H., & Yamashiro, T. (2022). Incoherent signatures of internal tides in the Tokara Strait modulated by the Kurohsio. Progress in Oceanography, 206, 102863.

https://doi.org/10.1016/j.pocean.2022.102863

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