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《中国科学院海洋研究 所在北太平洋水声信道特性研究中取得进展》

  • 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：2025-11-30

  • 中国科学院海洋研究所边缘海动力过程研究组在北太平洋水声信道特性研究方面取得关键进展。相关研究成果发表于国际水声领域期刊The Journal of the Acoustical Society of America。

    复杂的声场环境与动态多变的信道特征是制约水声技术发展的关键因素之一。次表层声道能够限制声能的垂向扩散，支持中低频声波实现远距离传播，且其内部声信号不易受到风、浪扰动及海洋边界反射的影响，这种稳定的声传播环境具有十分重要的科学意义。北太平洋独特的水文环境为次表层声道的形成提供了天然背景，然而以往研究多聚焦于局部海域（如波弗特海），缺乏对北太平洋全海域次表层声道的系统性认知。

    本研究建立了基于机器学习的声道结构分类方法，首次系统分析了北太平洋次表层声道的分布特征、动力机制及频率依赖特性。研究揭示了北太平洋次表层声道的空间分布，指出亚极地锋面是次表层声道分布的关键边界，亚极地西边界区域是北太平洋次表层声道最稳定的区域。分析了不同类型次表层声道的形成机制，发现声道的形成与逆温层、水团混合、模态水形成等过程密切相关。明确了不同类型声道在中低频段的声传播特性与临界频率，例如双声道环境（表面声道与次表层声道共存）主要存在于锋面以北的冬春季节，而模态水声道集中于春末夏初，这表明通信系统需准确把握窗口期。同时，不同类型次表层声道存在特定临界频率，低于该频率声信号在声道内无法有效传播，而过高频率则会受到介质吸收限制。这些发现为水下通信的应用场景优化和频段选择提供了关键科学依据。


    论文第一作者为中国科学院海洋研究所博士后徐安琪，通讯作者为于非研究员，合作者还包括南峰研究员和刁新源研究员。研究得到了国家自然科学基金项目和中国博士后基金项目的支持。

    文章信息：

    Anqi Xu, Fei Yu*, Feng Nan, Xinyuan Diao. Different types of subsurface acoustic ducts in the North Pacific.?The Journal of the Acoustical Society of America.?158.4 (2025): 3048-3062.?https://doi.org/10.1121/10.0039545


  • 原文来源：https://qdio.cas.cn/2019Ver/News/kyjz/202511/t20251124_8015903.html
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  • 《中国科学院海洋研究所在北太平洋海水涩度年代际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：2022-03-20
    • 近日，中国科学院海洋研究所张荣华研究团队在北太平洋涩度年代际变化及其气候效应研究方面取得新进展，首次从Argo观测资料中发现海水涩度信号存在一个完整的年代际循环过程。研究结果发表在学术期刊Advances in Atmospheric Sciences上。 众所周知，海水是咸的，其盐度和温度共同确定密度，又进一步决定海水压力从而控制海水的运动和变化。海洋中温度和盐度的分布、变化及其相互间关系涉及海洋热力学和动力学，一直是海洋科学研究的基本问题。之前的研究大多关注温度的作用，随着盐度观测资料的增多，学者们发现盐度在全球水循环、气候变率和可预报性等方面也起重要作用。海洋中存在两种类型的温盐关系，对应于不同的强迫和反馈过程，对密度等产生不同的影响和气候效应。一种是温盐变化对密度影响是非补偿性的，对密度产生显著的增强效应。这类温盐扰动主要反映了风场的强迫作用，主要反映在温跃层深度变化上，其信号在表层也较为明显(如在海面高度异常中有清楚地显现)，动力学上主要反映了行星波的波动过程(如向西传播的第一斜压罗斯贝波等)。另一种是温盐变化对密度的影响是相互补偿的，可引入涩度这一状态量来描述对海水密度相互补偿的温度和盐度变化现象，如暖而咸（或冷而淡）的海水具有高（低）的涩度，可通过等密度分析来具体定量估算，如在水团分析中经常用涩度来度量在给定的等密度面上海水有多涩（暖而咸）的程度，证实了温盐扰动对密度的影响具有相互补偿的特征。 已有分析表明，涩度信号具有很好的守恒性，便于追踪，是海水物理属性年代际尺度变化现象的一个载体，从而可用涩度来表征年代际时间尺度上温盐扰动所具有的清晰一致的结构特征和时空演变。但由于缺少观测资料，目前对涩度的认知还很有限，例如其时空结构和演变过程及其对海洋环境和气候的影响还不十分清楚；其在连接热带外与热带间充当年代际时间尺度上次表层海洋通道的作用还没有明确的观测证据，特别需要利用长期观测资料来更系统地刻画涩度信号的时空演变，认知其在热带外海洋过程对热带影响中的作用。 为此，张荣华研究团队利用Argo观测到的温度和盐度数据，研究了北太平洋涩度年代际异常及其在海盆尺度上的时空演变特征。利用等密度分析得到涩度变率的三维空间分布。首次发现北太平洋涩度变率存在一个完整的年代际循环过程，分别由一个暖而咸和一个冷而淡的过程所组成。其中暖而咸的涩度正异常信号在2007-2013年间从东北太平洋潜沉进入次表层，之后沿北太平洋副热带流涡顺时针向西南热带海区平流，于2014-2015年到达热带太平洋西边界海区，信号强度明显减弱。另一个海水特性相反的冷而淡的涩度负异常在2014-2020年间也有着类似的演变过程。进一步，通过追踪涩度年代际异常的平流轨迹，发现等密度面上流函数等值线可以充分显示出从东北太平洋露头区到热带西边界的潜沉通道。在海盆尺度上涩度信号演变和相位转换过程中，温跃层潜沉通道中的温度和盐度变化具有高度一致性，反映出对密度的补偿特性。此外，当涩度信号中心传到热带太平洋海区时对应于局地温盐结构的改变，从而产生远程的下游效应。如影响热带海区的层结和稳定度、上层海洋混合等动力过程，从而对热带海洋热力和动力场产生影响（包括海表温度）。这样在年代际尺度上，起源于东北太平洋潜沉过程的涩度信号，表现出沿北太平洋副热带流涡的传播特征和时空演变。另外，还发现南北太平洋中涩度信号传播特征和时空演变的差别。例如，在北太平洋副热带海区潜沉的涩度信号在25 kg m-3的等密度面上随平均环流运动，约5年后到达热带区域；而在南太平洋则只需要2年左右的时间，这种南北太平洋的不对称性和相对重要性可能导致热带海气变率特征的差异性。 当前关于太平洋热带外与热带间相互作用的研究较多地关注于大气过程，对海洋作用的研究比较匮乏。该研究通过分析由盐度效应所引入的涩度这个变量，发现温跃层中的涩度信号在等密度面上有较好的守恒性，反映了海洋中的气候信号长时间记忆能力。这种通过涩度年代际变率的识别及其传播路径的确定，揭示出热带外海洋与热带间存在一个海洋通道，这一潜沉通道的发现有助于阐释北太平洋热带外-热带间海洋过程相互作用和机制，为建立发生在北太平洋的太平洋年代际涛动（PDO）和发生在热带太平洋的ENSO之间的关联提供观测证据，对于解释ENSO的多样性和年代际变化等有重要意义。 该研究由中国科学院海洋研究所博士研究生周光辉和研究员张荣华（通讯作者）共同完成。研究成果获得中国科学院海洋大科学研究中心、青岛海洋科学与技术试点国家实验室、中国科学院第四纪科学与全球变化卓越创新中心、中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金等项目资助。 相关文章链接： Zhou, G. H., and R.-H. Zhang, 2022: Structure and evolution of decadal spiciness variability in the North Pacific during 2004–20, revealed from Argo observations. Adv. Atmos. Sci., https://doi.org/10.1007/s00376-021-1358-6.
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  • 《中国科学院海洋研究所在全球变暖背景下西北太平洋海洋热浪事件归因研究中取得重要进展》
    • 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：2023-02-18
    • 近日，中国科学院海洋研究所尹宝树研究员团队在全球变暖背景下西北太平洋海洋热浪事件归因研究中取得重要进展，相关成果发表于地学领域Top期刊Bulletin of the American Meteorological Society（IF=9.116）上。 极端天气气候事件归因旨在量化人类活动与自然强迫对特定事件发生频率或强度等特征的相对贡献，是气候变化领域的国际前沿和热点方向。归因结果是决策者制定应对气候变化减缓政策和适应方案的重要科学依据。极端事件归因研究长期聚焦陆地热浪、干旱或极端降雨等，对海洋极端事件的关注严重不足，极大制约了有关气候变暖致灾风险的全面认知。 海洋热浪是一定海域内发生的较长时间海水异常偏高的现象。2021年7月，日本海及邻近海域的西北太平洋区域发生了破纪录的海洋热浪事件，沿岸一些区域温度异常甚至超过4℃，造成了重大生态和经济损失。为了明确人类活动与自然强迫对该次海洋热浪事件发生的相对贡献，研究团队利用了CMIP6模式多成员集合归因试验：一组为包含了人为强迫和自然强迫在内的全强迫模拟试验（ALL）；另一组为仅包含自然强迫的模拟试验（NAT）。通过对比两组试验中与此次热浪强度相当的事件发生概率，发现人为强迫使得类似事件的风险增加43倍，这主要取决于气候变化导致的平均海表温度的增暖而不是由于海温变率的变化。研究人员进一步采用条件归因的思路，基于与本次事件相似的环流型和相似的ENSO相位和非相似条件的比较，发现西北太平洋区域大气反气旋系统和拉尼娜均可使得类似强度海洋热浪发生概率加倍。研究首次在同一方法框架下，量化并客观比较了人为强迫、自然强迫等外强迫因素、大气环流和ENSO等气候系统内部自然变率对类似海洋热浪事件的贡献。 文章第一作者为中国科学院海洋所李德磊副研究员，通讯作者为尹宝树研究员。合作者包括中国气象科学研究院陈阳研究员、中国科学院海洋所齐继峰副研究员、朱聿超副研究员以及国家气候中心陆春晖研究员。研究得到了国家重点研发计划政府间合作重点专项、国家自然基金、中国科学院B类先导专项、中国科学院青促会、泰山学者青年专家项目等的联合资助。 论文信息：Li, D., Chen, Y., Qi, J., Zhu, Y., Lu, C. & Yin, B., (2023). Attribution of the July 2021 Record-Breaking Northwest Pacific Marine Heatwave to Global Warming, Atmospheric Circulation, and ENSO. Bulletin of the American Meteorological Society, 104(1), pp.E291-E297.  论文链接： https://journals.ametsoc.org/view/journals/bams/104/1/BAMS-D-22-0142.1.xml
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