海洋上层能量如何进入深层海洋一直是海洋学研究中的重大难题，困扰科学家多年。它是理解气候变化信号如何传递到深海，以及深海混合的关键所在。近日，中国科学院海洋研究所徐永生团队在该问题的研究中取得突破性进展，研究成果发表于国际学术期刊Journal of Geophysical Research : Oceans。
风驱动大洋环流，而海洋层化则如同一个强大的屏障，将环流活动限制在海洋上层。上层海洋环流的能量如何突破数千米的层化屏障，影响深层海洋，进而实现上层与深层海洋之间的物质与能量交换，是理解海洋系统运作机制的核心问题之一。
徐永生团队通过分析覆盖黑潮延伸体区域近40万平方公里、连续两年CPIES（携带海流计的PIES）阵列观测数据，揭示了上层环流能量向深海传递的机制。研究发现，海洋能量传递的关键在于上层环流的不稳定性。当上层环流处于不稳定状态时，动能和势能相互转化，引发环流重心垂直移动。这种移动导致上层水体出现辐聚或辐散，进而改变相应水柱的深层压力。深层水体为了平衡压力变化，会产生与上层相反的辐散或辐聚运动，从而实现能量由表层向深海的有效传递。这一基本物理过程理论上可发生于任何存在上层环流的海洋区域，为我们深入理解海洋垂向热力学结构的形成机制提供了新的视角。鉴于全球气候变暖过程中，超过90%的多余热量由海洋吸收和储存，这一成果有望推动更多关于该基础物理过程及其对全球气候系统影响的研究。
本文第一作者为徐永生研究员指导的研究生韩杰鸿，徐永生研究员为通讯作者。
该项研究成果得益于PIES阵列对上层和深层多种关键海洋动力要素的长期、大范围和同步观测能力。PIES 是一种深海坐底式声学观测仪器，具有布放和回收简便、成本较低、不受上层海洋环境影响的优势，适合大规模阵列化部署。PIES 阵列已广泛应用于海洋涡旋、内波、地转流以及三维温盐场等的观测和研究。徐永生团队曾利用其自主研制的PIES观测系统，揭示了东沙群岛附近在暖涡和台风影响下的温盐场变异及声传播特性，深入解析了该区域海洋声学层深度和声传播损失场随时间的变化规律，展现了PIES在海洋声学场监测与研究中的广阔应用前景。这一系列成果不仅证明了PIES的卓越观测性能，还凸显了海洋观测能力的提升对科学研究与实践活动的巨大推动作用。
文章信息：
[1]Han, J. & Xu, Y. et al. (2024). Deep kinetic energy response to the variability of the Kuroshio Extension. Journal of Geophysical Research: Oceans, 129(10), e2024JC020951.? https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2024JC020951.
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2024JC020951
[2] 郭平,徐永生等.基于PIES观测东沙群岛附近声传播变化[J].应用海洋学学报, 2024, 43(2):333-341
