《中国科学院海洋研究所研究发现全球斜压不稳定的类型分布及其与次表层涡的关系》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: liguiju
  • 发布时间:2021-03-22
  • 中尺度涡在海洋中随处可见,其携带了约90%的海洋动能,在经向物质和能量输运中占据重要地位。研究发现,中尺度涡的种类丰富,除了在表层旋转速度最大的表层涡旋,还有在次表层旋转速度最大的次表层涡旋。然而,对于不同结构涡旋的全球分布特征未有清楚的认知。斜压不稳定是中尺度涡旋最主要的生成机制,针对斜压不稳定的研究对理解不同结构涡旋的生成机制和分布规律具有重要意义。

    中国科学院海洋研究所王凡团队通过线性稳定性分析得到了全球大部分海区的斜压不稳定特征,并将其归纳为四种类型:表层和底层强、中间弱的类Eady型;表层最强,向底层递减的类Charney型(Charney_s);底层最强,向表层递减的类Charney型(Charney_b);次表层最强,向表层和底层递减的类Phillips型。

    类Eady型主要分布在南极绕极流主轴和北半球高纬度区域;Charney_b型零星分布在Eady型周围;Charney_s型分布最为广泛,遍布全球大部分区域,集中在副热带(10°–35°)区域;类Phillips型则主要分布在低纬度(5°–20°)及黑潮以南、秘鲁智利以西和北大西洋中高纬度区域。

    不同类型形成机制不同,可以发展形成不同种类的涡旋。进一步研究发现,类Phillips型不稳定与观测到的次表层涡旋在空间位置上重合度极高,同时前者的临界层深度(约等于最大旋转流速所在深度)与次表层涡旋的核心深度也具很高的一致性。因此,类Phillips型不稳定的研究对于次表层涡旋的研究有启发性意义。其他不稳定类型的全球分布对预测不同种类涡旋的全球分布也具有重要指导作用。

    上述研究成果发表在《Journal of Geophysical Research: Oceans》上,论文除了阐释上述类型的分布规律外,还阐释了其发生机制以及全球不稳定波的波动形态特征。该工作得到了中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金委等项目资助。

    相关成果及链接如下:

    Ling, Feng, Chuanyu, Liu, Armin K?hl, Detlef Stammer, & Fan Wang (2021). Four types of baroclinic instability waves in the global oceans and the implications for the vertical structure of mesoscale eddies. Journal of Geophysical Research: Oceans, 126 (3), 1-24, e2020JC016966. https://doi.org/10.1029/2020JC016966

  • 原文来源:http://www.qdio.cas.cn/2019Ver/News/kyjz/202103/t20210312_5974124.html
相关报告
  • 《中国科学院海洋研究所在全球斜压不稳定类型季节变异规律及机制研究方面获最新进展》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2022-05-31
    • 近日,中国科学院海洋研究所王凡团队在全球斜压不稳定类型的季节变异规律及其机制研究上取得新进展,相关成果在学术期刊Journal of Geophysical Research: Oceans发表。 此前,团队已发现全球四种类型斜压不稳定分布特征,分别是表层和底层加强的Eady型,表层加强且向底层减弱的Charney_s型,底层加强且向表层减弱的Charney_b型和次表层加强且向表层和底层减弱的Phillips型。其中,Charney_s型和Phillips型不稳定在全球占比约80%,可以分别发展形成海洋中常见的表层涡旋和次表层涡旋,对全球海洋物质和能量输运起着重要作用。 由于次表层观测数据匮乏,对于次表层涡旋的变异规律知之甚少,因此研究斜压不稳定(尤其是Phillips型不稳定)的时间变异规律有重要指示意义。团队基于季节气候态温盐和流速数据,计算了四个季节的全球斜压不稳定,发现不稳定类型有显著的季节变异。在黑潮延伸体和湾流区域,冬季由表层加强的Charney_s型不稳定主导,夏季则由次表层加强的Phillips型不稳定主导,春秋两季,两种不稳定平分秋色。上述季节变异主要是由层结的季节变异引起的。在热带-副热带区域,Charney_s型和Phillips型不稳定存在清晰的分界线,该分界线在冬季和春季向赤道移动,在夏季和秋季向极地移动;分界线的季节性移动主要是由于平均流的季节性摆动,层结的作用比较小。不同于上述两个区域,在高纬区域,如南极绕极流区,不稳定类型几乎没有显示出季节变化。进一步研究了上述三个主要区域的斜压能量转换率(平均有效位能转化成涡旋有效位能),发现了与不稳定类型季节变异特征一致的季节变化规律。 该研究由第一作者中国科学院海洋研究所冯岭博士、通讯作者刘传玉研究员和王凡研究员,以及德国汉堡大学的Armin K?hl博士共同完成。研究得到了国家自然科学基金项目、中国科学院战略性先导科技专项等项目资助。 最新相关成果链接:https://doi.org/10.1029/2022JC018572 前期相关成果链接:https://doi.org/10.1029/2020JC016966
  • 《中国科学院海洋研究所研究揭示菲律宾以东海域次表层涡动能年际变异规律及机制》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2022-05-31
    • 近日,Journal of Geophysical Research: Oceans在线发表了中国科学院海洋研究所胡敦欣院士团队最新研究成果,揭示了菲律宾以东海域次表层涡动能的年际变异规律及其控制机制,促进了对热带西太平洋次表层环流多尺度变异规律的认识。 菲律宾以东海域是次表层中尺度涡旋活跃的海区,拥有热带西太平洋最显著的次表层涡动能信号。这些涡旋在调节西边界流季节内变异以及南半球水团沿西边界向北入侵的过程中发挥着重要作用。然而,次表层涡旋核心大多位于温跃层以下,很难通过海表要素进行观测,因此对次表层涡旋的研究亟需直接的次表层观测资料支持。 在NPOCE计划支持下,团队在菲律宾以东海域构建了长期连续潜标观测阵列。基于东经130度断面两套潜标2至4年的ADCP连续观测,结合高分辨率模式数据探究了菲律宾以东次表层涡动能的年际变异规律及其与ENSO的关系。 研究发现,菲律宾以东海域次表层涡动能具有显著的年际变化特征,并与ENSO事件密切相关,涡动能变化滞后Nino3.4指数14个月。进一步的能量分析表明,背景流的正压和斜压不稳定是涡动能发生年际变化的主要原因,并且正压不稳定起主导作用。在该海域的南部和北部,正压不稳定的变化分别与次表层部分的哈马黑拉涡(HE)和棉兰老潜流(MUC)有关。HE和MUC的变化受到ENSO事件的调控。厄尔尼诺发生时,日界线以西的海域出现的负海面高度异常以 Rossby波形式向西传播,对菲律宾以东的西边界流变化产生迟滞的调控作用,进而通过正压不稳定过程影响次表层涡动能的年际变化。由于低纬度的Rossby波波速较大,菲律宾以东的南部海域正压能量转换率以及次表层涡动能对ENSO的响应更快。 该研究由第一作者中国科学院海洋研究所博士研究生惠玉超、通讯作者张林林研究员、以及王凡研究员、胡敦欣院士等人合作完成,研究得到了国家自然科学基金、中国科学院战略先导科技专项(B类)、国家重点研发计划等联合资助,海上考察得到基金委共享航次计划项目资助。