《南太平洋高空风的变化产生长期影响》

  • 来源专题:物理海洋学知识资源中心
  • 编译者: 张灿影
  • 发布时间:2019-11-21
  • 南部西风带的变化对南极绕极流的强度和位置会产生重大影响,南极绕极流是世界上最大的洋流,会在全球范围内形成了海洋环流。在这方面,一个关键因素是风驱动富含二氧化碳的深海团上升流,由于上层水体相对温暖,影响了南极西部冰盖的稳定性和南大洋的碳收支。

    研究小组根据沉积物岩心,调查了智利近海输入到太平洋的降水驱动沉积物变化。评估过去的100万年间的变化异常,确定了什么叫做旋进周期:由地球轨道参数的自然变化引起的变化;在这种情况下,其轴的旋转周期性变化大约每21000年发生一次。这些和其他轨道周期的变化通常被认为是过去百万年来延长冰川和间冰期交替的主要驱动力。最初很难解释智利北部阿塔卡马沙漠南缘的大陆为什么会出现沉积物成分的变化。在21000年期间,这个区域降水量有明显的变化,但在间冰期和冰川的长期周期中,降水量的变化并不太明显。

    这一现象的本质最终在美国气候模型专家John Chiang(加州大学伯克利分校)的帮助下得到了解释:他们的气候模型表明,沉积核中记录的降水变化与亚热带太平洋高空风的结构有关。在这方面,高空风在21000年周期中变成一个副热带北风分量、一个中间分量和一个副极地风分量。这项研究为南太平洋南部西风带高空风的长期变化提供了第一个证据。研究结果还表明,与南半球其他地区相比,热带和中高纬度地区之间的大气联系更为密切,这种紧密联系对全球翻转环流和海洋中大气二氧化碳的储存产生了影响。

    该研究结果对于了解研究相对不足的南半球目前和未来的大规模气候机制也很重要。另一个重要方面是出现全球气候现象厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的热带太平洋与和南极西部的耦合。相关卫星观测数据显示,在过去几十年中,南极西部冰盖对太平洋地区ENSO的高度敏感性,在更长的时间尺度上也很可能是显著的。许多气候模型预测,随着厄尔尼诺事件发生频率和事件强度的增加,南太平洋的高空风发生变化,将降低南极西部冰盖的稳定性,同时对南太平洋的二氧化碳含量的储存产生负面影响。

    (郭亚茹 编译,於维樱 审校)

  • 原文来源:https://www.pnas.org/content/early/2019/10/29/1905847116
相关报告
  • 《中国科学院海洋研究所揭示西南太平洋海平面年代际和长期变异规律及机制》

    • 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:2022-06-17
    • 近日,中国科学院海洋所胡敦欣院士团队在西南太平洋海平面年代际和长期变异规律研究方面取得新进展,相关成果“Decadal and Long-term Variability of Sea Level in the Southwestern Pacific during 1948-2018”发表在国际学术期刊Geophysical Research Letters上。 20世纪以来,全球平均海平面以每年约0.15cm的速率快速上升,预计这一现象在未来几十年将持续进行。该上升信号并非全球一致,而是存在明显的空间结构。在卫星测高期间(1993年至今),西太平洋海平面的上升速率最高,几乎是同期全球平均水平的三倍。去除全球平均海平面上升的影响后,太平洋海平面上升的信号主要集中在热带西太平洋和西南太平洋两个海区。 对于热带西太平洋,已有研究表明海平面上升趋势受太平洋年代际振荡(IPO)的调制,上世纪90年代以后IPO的相位转换伴随的赤道信风加强导致了海平面的加速上升。相比之下,西南太平洋海平面的低频变异及其与气候模态的关系尚未明确,特别是由于缺乏长期观测资料,难以区分IPO和南半球环状模(SAM)两种典型的气候模态对西南太平洋海平面低频变异的相对贡献。 胡敦欣院士团队基于长达70年的验潮站观测数据和IAP格点化数据对该问题进行了研究,发现即使去除全球平均海平面上升的影响,西南太平洋海平面仍存在年代际和长期上升趋势两种时间尺度的低频信号,进而通过约化重力模式揭示了其变异机制,并量化评估了IPO和SAM的相对贡献。结果表明,与气候模态相关的风应力旋度异常通过局地Ekman抽吸和Rossby波西传过程共同调控西南太平洋海平面的低频变异:在长期时间尺度上,SAM几乎可以解释全部的海平面上升趋势,且主要由局地Ekman抽吸控制;在年代际时间尺度上,IPO可以解释58%的海平面变化,由局地Ekman抽吸和西传Rossby波共同调控。该成果对深入认识和应对西太平洋海平面快速上升具有重要意义。 该研究由硕士研究生孙婧璇、张林林研究员和胡敦欣院士共同完成。研究得到了国家重点研发计划、中国科学院战略先导科技专项(B类)、国家自然科学基金等项目的联合资助。 文章信息: Sun, J., Zhang, L.*, & Hu, D. (2022). Decadal and long-term variability of sea level in the Southwestern Pacific during 1948–2018. Geophysical Research Letters, 49, e2022GL098747. https://doi.org/10.1029/2022GL098747
  • 《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.