《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

  • 原文来源:http://www.qdio.cas.cn/2019Ver/News/kyjz/202205/t20220526_6454580.html
相关报告
  • 《中国科学院海洋研究所在海洋上层亚中尺度不稳定研究方面取得进展》

    • 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:熊萍
    • 发布时间:2025-06-13
    • 近日,中国科学院海洋研究所王凡团队刘传玉研究组携手加州大学洛杉矶分校James C. McWilliams教授,在全球海洋上层亚中尺度斜压不稳定方面提出新的理论认知,在美国地球物理学会权威期刊Journal of Geophysical Research: Oceans发表系列研究成果。 亚中尺度运动,水平尺度约为 1–10 公里,广泛分布于上层海洋,是大尺度平衡动力过程与小尺度非平衡湍流之间的重要中介。这类运动的形态复杂,既包括准地转动力学主导的亚中尺度斜压不稳定和涡旋,也包括由非地转机制驱动的锋生、对称不稳定等现象,准确理解亚中尺度动力过程及其影响,是当前物理海洋学研究的重要前沿方向。 在该系列的第一篇论文中,团队提出了海洋上层斜压不稳定主要由Charney型不稳定主导的观点,并给出了不稳定特征垂向尺度的定义方法。基于季节气候态WOA23(World Ocean Atlas 2023)数据集,采用线性稳定性分析方法,系统分析了上层海洋Charney型亚中尺度斜压不稳定(C-SBCI)的扰动生长率、水平尺度与垂向结构特征,指出C-SBCI 具有典型的表层强化、随深度衰减的振幅分布特征,但衰减范围不仅仅局限于混合层之内;进一步通过准地转位涡梯度的垂向分布特征,提出了一种定义和量化了 C-SBCI 的特征垂向尺度(Charney depth)的方法。通过将 Charney depth与混合层深度(MLD)进行比较,发现全球约 20% 的 C-SBCI 能够穿透混合层并影响更深层的海洋内部。这一发现突破了传统的混合层斜压不稳定(MLI)主要以Eady型为主导、并局限于混合层之内的认知(图1),为深入理解亚中尺度能量输运和物质通量提供了新的科学依据。 在该系列的第二篇论文中,团队揭示了与C-SBCI相关的斜压能量分布规律与转化过程,并提出了C-SBCI特征时空尺度的量化方案。研究表明,C-SBCI引起的侧向和垂向涡旋浮力通量变化主要集中在 Charney depth之上,表明该过程主要依赖于 Charney depth 之上的背景斜压结构,并将该层次的有效位能转化为涡动能。进一步提出了一套基于背景海洋状态估算C-SBCI 的生长率、水平尺度以及传播速度的计算方案,并利用WOA23数据刻画了上述参数的全球分布及季节变异特征。该成果不但加深了对上层海洋亚中尺度不稳定引起的能量转移过程的理解,还为海洋上层亚中尺度涡致混合参数化提供了理论基础和实践依据,具有重要的科学意义与应用价值。 中国科学院海洋研究所博士后冯岭为论文第一作者,刘传玉研究员为通讯作者,合作者还包括美国加州大学洛杉矶分校James C. McWilliams教授和中国科学院海洋研究所王凡研究员。本研究得到了国家自然科学基金(42406017,42430403)、国家重点研发计划(2022YFF0801404)、中国博士后科学基金(2022M713178)及国家留学基金委的资助。 论文信息: Feng, L., Liu, C.*, McWilliams, J. C., & Wang, F. (2025). Global distribution and seasonal variations of Charney‐type submesoscale baroclinic instabilities (C‐SBCIs). Journal of Geophysical Research: Oceans, 130, e2024JC022103. https://doi.org/10.1029/2024JC022103 Feng, L., Liu, C.*, McWilliams, J. C., & Wang, F. (2025). Scaling estimation for growth rate and horizontal wavelength of Charney‐type submesoscale baroclinic instabilities (C‐SBCIs). Journal of Geophysical Research: Oceans, 130, e2024JC022104. https://doi.org/10.1029/2024JC022104
  • 《中国科学院海洋研究所在北赤道流与北赤道潜流季节内变化研究方面取得新进展》

    • 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:2022-04-03
    • 近日,中国科学院海洋研究所胡敦欣院士团队在北赤道流与北赤道潜流季节内变化研究方面取得新进展,发现北赤道流区垂直方向上同时存在的两种类型季节内变化信号并揭示其动力机制,相关成果近日在国际学术期刊Frontiers in Marine Science在线发表。 北赤道流(NEC)作为北太平洋西边界流的源头以及热带环流和副热带环流的分界线,在西北太平洋的水体平衡和热量收支中发挥着重要作用。以往研究报道了在北赤道流区表层的北赤道流和次表层的北赤道潜流都存在着明显的季节内变化,且涡旋活动在季节内变化的调制过程中扮演着重要角色。以往观点认为,表层强化的季节内变化主要发生在13°N以北,次表层强化的季节内振荡则主要发生在13°N以南,该海域的中尺度涡旋的垂直结构也存在类似分布。 胡敦欣院士研究团队基于潜标直接连续观测,发现在北赤道流区13°N附近上800米两种显著的季节内变化现象同时存在,其中较为高频的信号表现为表层强化的特征,较为低频的信号表现为次表层强化的特征,该现象被以往研究所忽略,其动力机制也不清楚。针对这一发现,团队进一步结合卫星高度计数据和OFES模式数据研究了两种季节内变化信号的变化规律及来源,发现两种季节内变化信号分别与130°E至135°E之间局地生成的表层及次表层中尺度涡旋密不可分。 团队通过能量学分析和动力学分析,揭示了两种季节内变化的生成机制。发现表层强化的季节内变化是由表层北赤道流的垂向速度剪切导致的斜压不稳定生成的表层中尺度涡旋所引起,而次表层强化季节内变化的动力机制则更为复杂,是由次表层北赤道潜流在强相位期间,显著增强的水平速度剪切导致的正压不稳定生成的次表层中尺度涡旋引起。 本研究由第一作者中国科学院海洋所博士研究生王振霄,通讯作者张林林研究员、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、国家重点研发计划、中国科学院战略先导科技专项(B类)的联合资助,海上考察得到基金委共享航次计划项目资助,研究成果提高了对太平洋北赤道流及北赤道潜流区季节内变化规律和动力学机制的认识。 文章信息:Z. Wang, L. Zhang*, Y. Hui, F. Wang, and D. Hu, 2022, Two Flavors of Intraseasonal Variability and Their Dynamics in the North Equatorial Current/Undercurrent Region, Front. Mar. Sci., 9:845575, https://doi.org/10.3389/fmars.2022.845575