《中国科学院海洋研究所赤道太平洋温跃层内混合理论研究取得进展》

  • 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: liguiju
  • 发布时间:2020-08-04
  •  近日,中国科学院海洋环流与波动重点实验室王凡研究组在物理海洋学专业期刊Journal Physical Oceanography 发表了关于赤道太平洋温跃层混合研究论文“On the formation of a subsurface weakly sheared laminar layer and an upper thermocline strongly sheared turbulent layer in the eastern equatorial Pacific: interplays of multiple time scale equatorial waves” (赤道东太平洋次表层的一弱剪切层流层和温跃层的一强剪切湍流层的形成机制——多时间尺度赤道波动的相互作用)。

    该研究采用“赤道波动诱导的剪切与赤道流系剪切的相互作用可在特定波动位相产生强混合”的理论方法,提出不同动力类型、不同垂直模态、不同时空尺度的赤道波动可经由其各自诱导的剪切和层结组合而导致在不同深度上形成失稳或固稳结构,解释了困扰学界十多年的一个赤道上层复杂混合结构,即在被认为最稳定的温跃层中心附近观测到了强湍流混合层,而在被认为是不稳定的次表层却存在着稳定的层流层。该成果从理论上进一步证实了作者之前提出的赤道中东太平洋温跃层深处普遍存在着强混合的观点。 

    温跃层内持续强混合的存在,对热带太平洋热量在三维方向再分配具有重要作用。本结果可为改进数值模拟和ENSO预报提供有益参考。本工作受国家基金委项目和中国科学院先导专项等项目资助。

  • 原文来源:http://www.qdio.cas.cn/2019Ver/News/kyjz/202007/t20200731_5648569.html
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    • 近日,中国科学院海洋研究所王凡团队在Nature Communications发文揭示海洋次表层混合对中部型(CP)厄尔尼诺和南方涛动(ENSO)的非绝热正反馈机制。 ENSO是海洋-大气系统最显著的年际变化,但21世纪以来,伴随着CP?ENSO的增多,人们对ENSO的预测技巧却减弱。这表明,人们对ENSO的一些关键热动力学认知还存在不足。海洋次表层湍流混合以非绝热方式将热量从混合层底向下传递,是影响海表温度的一个重要过程。然而,由于直接观测资料匮乏,次表层混合对ENSO的影响,尤其是其对CP?ENSO和东部型(EP)ENSO多样性的作用,从未得到确认。 本研究创新性提出了一种基于Argo剖面观测数据的赤道太平洋混合层底湍流混合参数化方案,从而首次提供了大量的混合层底垂向扩散系数以及湍流热通量估算数据。据此,进一步揭示了由湍流热通量导致的非绝热效应与CP ENSO循环存在显著的正反馈关系:一方面,次表层湍流混合主导了El Ni?o和La Ni?a生长期的海面温度变化,另一方面,其强度又被El Ni?o和La Ni?a相应的风应力及次表层不稳定条件所控制。相反,由湍流热通量导致的非绝热效应不能明显促进EP ENSO的发展,也不能被EP ENSO显著决定。 本研究提出的非绝热机制是促进CP ENSO发展的一个主要机制,是对传统绝热ENSO理论的重要补充。该结果提示,为提高ENSO预报水平,次表层湍流混合必须在气候预报模式中得到准确的表征。 该成果发表在Nature Communications。第一、二作者分别为中国科学院海洋研究所刘传玉和王凡研究员(也是共同通讯作者),合作作者包括汉堡大学海洋研究所Armin K?hl博士、中国科学院海洋研究所王晓玮助理研究员、中国科学院南海海洋研究所王春在研究员,以及夏威夷大学Kelvin J. Richards教授等。该研究受到中国科学院B类先导专项、国家重点研发计划及国家自然科学基金等项目的资助。 论文信息: Liu, C., Wang, F., K?hl, A.?et al.?Subsurface ocean turbulent mixing enhances central Pacific ENSO.?Nat Commun?16, 2315 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-57058-4
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    • 近日,中国科学院海洋研究所王凡研究团队在赤道太平洋中小尺度过程(障碍层混合)研究方面取得新进展,研究结果发表于国际学术期刊Geophysical Research Letters上。  障碍层常见于赤道西、中太平洋,是位于等温层下部的盐度跃层,长期以来被认为可阻碍较暖的表层水与较冷的次表层水的交换,从而增强海气相互作用。前人研究表明,若通过障碍层混合消掉障碍层,则全球高影响海气事件厄尔尼诺现象将难以发生或发展。因此,障碍层混合是具有重要影响的关键动力过程。然而,对障碍层混合的分布特征、变异规律及气候效应,甚至其存在性,都缺乏实际观测证据。 研究团队通过在赤道太平洋上的定点观测探测到了障碍层内频繁的混合现象,同时,利用大量Argo剖面数据,揭示了障碍层混合现象普遍存在性,并初步确定了其分布特征和发生规律。研究发现障碍层混合与上混合层中的混合一样强烈,能够在等温层底形成有效的热交换。按空间分布,其发生率在20%-60%之间,在赤道中太平洋较大,在160°W,0°N附近达到最大;按时间分布,障碍层混合在拉尼娜成熟期年比厄尔尼诺成熟期更频繁。同时,研究还发现障碍层混合与较厚的混合层、障碍层和等温层、较弱的障碍层层化以及等温层中较低的温度和较高的盐度存在密切关联。本研究为进一步研究确定真实障碍层混合对厄尔尼诺发生发展的影响奠定了基础。 该研究由中国科学院海洋研究所刘传玉研究员、博士生霍丹、共同通讯作者王凡研究员、厦门大学刘志宇教授及其他多位作者共同完成。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项、中国科学院前沿科学重点研究项目及国家自然科学基金委资助。      论文链接:  https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2021GL097690 文章信息: Liu, C.*, Huo, D., Liu, Z., Wang, X., Guan, C., Qi, J., & Wang, F*. (2022). Turbulent mixing in the barrier layer of the equatorial Pacific Ocean.  Geophysical Research Letters., 49, e2021GL097690. https://doi.org/10.1029/2021GL097690