海洋所在太平洋深層經向翻轉環流研究方面取得系列成果

  近日,海洋所王凡研究團隊在太平洋深層經向翻轉環流(又稱深層西邊界流)的結構和多時間尺度變異方面取得系列成果,基于長期連續的潛標觀測資料揭示了3000米以深經向翻轉環流在雅浦-馬里亞納海溝連接區的結構特征和季節內-季節的變異規律。
  太平洋北半球中高緯度海區沒有不斷冷卻失熱而形成的高密度水,因此太平洋3000米以深的深層水和底層水均由深層經向翻轉環流攜帶南極的高密水向北輸運而來,這一過程在全球經向和垂向熱量再分配和氣候長期變化上起到重要作用。相比于經向翻轉環流的大西洋深層分支,其在北太平洋深層的分支受觀測數據稀少等限制以往的研究不多,但太平洋擁有全球最大的海域面積,具有全球最大的熱量和碳存儲能力,在全球變暖且越來越多的熱量向深海轉移的背景下,太平洋深層海洋過程值得重視和關注。

(左)太平洋深層經向翻轉環流上、下兩個分支(U-PMOCL-PMOC)從南極繞極流起源后進入西太平洋的大致路徑,黑色方框表示雅浦-馬里亞納海溝連接區深水通道;

(右)U-PMOCL-PMOC入侵雅浦-馬里亞納海溝連接區的季節性(右上:12-5月;右下:6-11月)路徑

  雅浦-馬里亞納海溝連接區是深層經向翻轉環流進入西太平洋的關鍵要塞通道,王凡研究團隊在這一區域開展了長期的潛標觀測。基于上述數據,團隊發現深層經向翻轉環流上下兩個分支(L-PMOCU-PMOC具有顯著的季節變化:位于通道西側3800-4200米北向的L-PMOC12月至次年5月流速較強,可達20 cm s-16月至11月,流速較弱,且在通道東側4000米以深存在南向的L-PMOC回流,其具有和L-PMOC一樣的季節位相,但強度相對較弱;而位于通道東側3000-3800米南向的U-PMOC,其季節位相與L-PMOC相反,即12月至次年5月,流速較弱,6月至11月,流速較強。L-PMOCU-PMOC的季節變化分別伴隨著上層繞極深層水(UCPW)和下層繞極深層水(LCPW)的季節性入侵。 

  

2016-2017年不同深度流速矢量的變化,其中藍色和紅色分別代表通道西側和東側潛標結果,數字表示流速矢量的平均深度以及經向流速年調和分析的解釋方差

  
潛標觀測到的流和等溫線季節內振蕩隨深度增加而增強的現象
  

流和溫度振幅的垂向分布符合地形羅斯貝波特征

  除季節變化外,團隊還發現該深水通道3000米以深的深層流和溫度存在顯著的30-90天季節內變化特征,而且季節內變化強度隨深度增加,在4200米深度上觀測到的流速和等溫線垂向振幅可分別達45 cm s-1600米。經過深入分析,團隊揭示了上述季節內深層強化現象是由地形羅斯貝波引起,深層流速和溫度變化振幅的垂向結構特征符合地形羅斯貝波的特性。結合模式數據,團隊進一步討論了該深水通道地形羅斯貝波的產生機制,其主要包括兩個過程,一是表層的強渦旋通過位渦調整激發產生地形羅斯貝波;二是大尺度平均流的正壓和斜壓不穩定激發產生地形羅斯貝波。 

  上述研究成果發表在地球物理研究雜志《Journal of Geophysical Research: Oceans》,得到了國家自然科學基金委西太平洋地球系統多圈層相互作用重大研究計劃重點項目、中國科學院戰略性先導科技專項等的支持。

  相關成果及鏈接如下: 

  Jianing Wang, Qiang Ma, Fan Wang*, Youyu Lu, and Larry J. Pratt, Seasonal variation of the deep limb of the Pacific meridional overturning circulation at Yap‐Mariana Junction, Journal of Geophysical Research: Oceans, 2020, 125, https://doi.org/10.1029/2019JC016017. 

  https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2019JC016017 

  Qiang Ma, Fan Wang*, Jianing Wang*, and Yilong Lyu, Intensified deep ocean variability induced by topographic rossby waves at the Pacific YapMariana Junction, Journal of Geophysical Research: Oceans, 2019, 124, 8360-8374.  

  https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2019JC015490 


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