观测揭示了南海东北部次表层中尺度涡旋的动力特征与水体输运作用

2022-05-0310

  近日,Journal of Physical Oceanography在线发表物理海洋教育部重点实验室最新科研成果“Subsurface Mesoscale Eddies Observed in the Northeastern South China Sea: Dynamic Features and Water Mass Transport(《南海东北部次表层中尺度涡旋:动力特征和水体输运》)。该成果基于潜标阵列数据,观测报道了南海东北部的次表层中尺度涡旋,详细揭示了其动力学特征与水体输运作用。研究成果由实验室青年学者孙忠斌博士为第一作者,张志伟副教授为通讯作者,合作者包括实验室田纪伟教授、赵玮教授、周春副教授以及夏威夷大学裘波教授

  中尺度涡旋是海洋中含能最高的动力过程之一,对海洋的物质和能量输运具有重要作用,在调控海洋环流和气候变异中扮演重要角色。按照最大流速发生的位置,中尺度涡旋可分为表层涡旋和次表层涡旋。其中,表层涡旋可以通过卫星遥感进行观测和研究,而次表层涡旋因海表信号弱难以被传统的卫星遥感所观测到。由于次表层涡旋具有很好的保守性,通常具有更长的存活寿命和迁移距离,因此对海洋的次表层水体具有重要的输运作用。南海是西北太平洋最大的边缘海,其东北部蕴含丰富的中尺度涡旋活动。尽管前人结合卫星遥感和水文观测已对该海区的表层涡旋开展了大量研究,但受限于长期、连续现场观测资料的匮乏,对于次表层中尺度涡旋鲜有报道。

  研究团队基于中国海洋大学南海潜标观测网资料,发现并报道了发生于2015年南海东北部的次表层中尺度涡列事件,该涡列包含两个次表层气旋涡和两个次表层反气旋涡,涡旋以4.3 cm/s 的速度向西传播,其最大流速发生在海面以下370m处,最大流速达到17.2cm/s。通过刻画次表层中尺度涡旋的三维结构,发现其半径约110km,垂向尺度超过1000m,结构随深度增加逐渐往西南向倾斜。水团分析表明,气旋涡和反气旋涡分别携带了西北太平洋水和南海局地水,其中气旋涡可将1.00±0.25 Sv的北太平洋中层水输运进入南海,约占当年吕宋海峡中层水通量的62%。此外,研究还发现次表层涡旋的裹挟(trapping)和搅拌(stirring)作用均可产生东向的热量输运,但前者作用远大于后者。

  该研究揭示了次表层中尺度涡旋的动力特征和水体输运作用,提出了“次表层涡旋输运”这一南海和太平洋中层水交换的新途径。研究工作由国家自然科学基金(91958205, 42076004, 91858203)和国家重点研发计划(2018YFA0605702, 2016YFC1402605)等项目资助完成。

图:次表层中尺度涡旋三维结构图。(a)为反气旋涡,(b)为气旋涡。底色和箭头代表次表层涡旋的绝对流速和流速矢量,黑色点线和紫色点线代表z轴和涡心连线,绿线代表涡旋边缘


成果引用:

Sun, Z., Zhang, Z.*, Qiu, B., Zhou, C., Zhao, W., & Tian, J. (2022). Subsurface Mesoscale Eddies Observed in the Northeastern South China Sea: Dynamic Features and Water Mass Transport. Journal of Physical Oceanography, 52(5), 841-855. https://doi.org/10.1175/JPO-D-21-0177.1