• 快讯 海洋次中尺度动力过程与能量串级研究获新进展

    编译服务:中科院文献情报系统—海洋科技情报网
    编译者:liguiju
    发布时间:2021-01-10
    近日,中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室(LTO)研究团队在海洋次中尺度动力过程及其对能量串级与垂向输运的贡献机制方面取得新进展,研究成果发表在国际知名地学刊物《Journal of Physical Oceanography》上。 中尺度涡旋蕴含海洋超过90%的动能,然而,经典地转理论框架下的中尺度动力学难以定量解释海洋中尺度涡旋的消亡和能量正向串级与耗散过程,以及垂向物质能量交换的收支平衡等关键科学问题。本文通过遥感与现场观测分析、高分辨率数值模拟和理论诊断研究结果表明,活跃在涡旋、锋面海域的海洋次中尺度过程,在热带西太平洋中小尺度相互作用、地转能量正向串级以及物质能量的垂向交换过程中扮演了不可或缺的重要作用。研究结果显示(图1),在锋生和大气强迫引起的浮力损失共同作用下,涡旋、锋面海域增强的水平浮力梯度有利于减小位涡,触发次中尺度对称不稳定,并引起强烈的垂向非地转次级环流。其中,对称不稳定是实现西太平洋地转能量正向串级的重要机制之一,混合层不稳定仅能贡献逆向能量串级;同时,次中尺度过程引起的垂向速度高达~100米/天,比中尺度过程引起的垂向速度高一个量级,显著贡献了上层海洋物质能量的垂向交换与收支平衡。本文研究结果也可为海-气相互作用、垂向营养盐输运以及碳收支等多学科交叉研究提供动力学参考。 该研究由国家自然科学基金和中科院基础前沿科学研究计划等共同资助完成。 相关论文链接:https://doi.org/10.1175/JPO-D-20-0076.1
  • 快讯 中国科学院海洋研究所揭示菲律宾以东次表层涡动能季节变异规律及机制

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    编译者:liguiju
    发布时间:2021-01-06
    近日,《物理海洋学》(Journal of Physical Oceanography)和《海洋系统》(Journal of Marine Systems)分别发表了中国科学院海洋研究所胡敦欣院士团队研究成果“Seasonal variability of subthermocline eddy kinetic energy east of the Philippines”和“Revisit of seasonal variability of subsurface temperature in the tropical Pacific with Argo data”,揭示了菲律宾以东次表层涡动能和次表层海温的季节变异规律及其机制。 自卫星高度计出现后,海洋学界普遍认识到中尺度涡的广泛存在,其在海洋物质能量输送以及生物化学过程中具有重要作用。菲律宾以东海域流系复杂多变,复杂的流场环境为涡旋的生成提供了有利条件。团队前期的研究发现该海域存在很强的次表层涡动能(EKE)信号,且这些涡旋活动使得西边界流产生显著的季节内振荡。与表层涡旋相比,次表层涡深度更深,不易被卫星高度计捕捉,因此对次表层涡的研究需要直接的次表层观测资料支持。 在NPOCE计划支持下,团队自2010年起在菲律宾以东的棉兰老海沟突破性地开展了6000米深海潜标观测。基于潜标直接连续观测所发现的显著的次表层季节内变化现象,张林林研究员等人进一步结合OFES模式数据研究了该海域次表层涡动能的季节变化规律及其机制。 研究发现,在菲律宾以东5oN-14oN海域温跃层以下存在显著的EKE信号,核心深度约500 米。以往基于单点潜标发现的EKE半年变化主要集中在近岸海区,而在更大范围上EKE的季节变化由年循环主导。以10oN为界,南部和北部的次表层EKE呈现不同步甚至反相的季节变化:10oN以北,EKE早春强,夏季弱;10oN以南,EKE夏季强,冬季弱。虽然在气候态上EKE主要由背景流场通过斜压不稳定机制产生,但EKE的季节变化主要由背景流场正压不稳定的季节性主导。而且南、北部的正压不稳定季节性对应的物理过程不同,南部对应于哈马黑拉涡次表层部分的季节变化,而北部对应于北赤道潜流强度的季节变化。 团队博士生惠玉超进一步用Argo数据对热带太平洋次表层海温进行研究,发现温跃层起伏引起的次表层海温季节信号沿12oN、5oN和5oS纬带呈现跨海盆的带状分布。海盆尺度的风应力旋度异常在东太平洋引起温跃层起伏,信号以Rossby波形式向西传播,联合局地风场导致西太平洋次表层海温的季节变化,且和北赤道流、北赤道逆流以及南赤道流的季节摆动紧密联系。 本研究得到了中科院战略先导科技专项(B类)、科技部重点研发计划、国家自然科学基金的联合资助,海上考察得到基金委共享航次计划项目、山东省重大科技创新工程项目资助,研究成果有力促进了对热带西太平洋次表层环流与水团多尺度变异规律的认识。 1.Zhang L.*, Y. Hui, T. Qu, and D. Hu, 2020, Seasonal variability of subthermocline eddy kinetic energy east of the Philippines, J. Phys. Oceanogr., doi:10.1175/JPO-D-20-0101.1. https://journals.ametsoc.org/view/journals/phoc/aop/JPO-D-20-0101.1/JPO-D-20-0101.1.xml 2.Hui Y., L. Zhang*, F. Wang, X. Yan, 2020, Revisit of seasonal variability of subsurface temperature in the tropical Pacific with Argo data, J. Mar. Sys. 204, 103312, doi:10.1016/j.jmarsys.2020.103312. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924796320300087
  • 快讯 印太海温异常对2019年伏秋季节江南极端干旱的加剧作用获揭示

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    编译者:liguiju
    发布时间:2021-01-06
    近日,中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室(LTO)王卫强研究团队揭示超强正印度洋偶极子(IOD)和中部(CP)型El Nino事件共同加剧2019年伏秋季节江南极端干旱,研究成果由徐康副研究员等人发表在《地球物理研究》上,合作者包括中国气象科学研究院和香港中文大学的科学家。 2019年伏秋季节(8-10月),长江中下游流域及其江南地区发生了自1961年以来破纪录的持续性干旱事件(图1),导致230万公顷农作物受灾,直接损失超过2.1亿美元。与此同时,热带太平洋和印度洋分别发生着强CP型El Nino和超级正IOD事件。从统计关系上,CP型El Nino海温异常与长江中下游流域的伏秋降水异常存在显著的负相关关系,即热带中太平洋暖海温异常导致西北太平洋出现气旋性环流异常(图2),进而削弱副热带高压,其西北侧的北风异常减弱了水汽输送,导致长江中下游流域及其江南地区降水异常偏少。然而,利用CP型海温指数回报中国伏秋季节降水异常时发现,CP型El Nino仅能解释2019年江南极端干旱的60%。 研究人员基于观测资料和一系列AGCM数值试验研究进一步发现,热带东南印度洋冷海温异常不仅对2019年超级正IOD事件的发生有着重要贡献,而且也是造成长江中下游流域及其江南地区持续性干旱的重要因子。此次超级正IOD首先影响印度洋热带辐合带北移来增强印度季风降水,引起大量凝结潜热释放而增强南亚地区非绝热加热,进而激发局地垂直斜压环流(低层辐合/高层辐散),最终通过高层大气遥相关波列显著增强长江中下游地区垂直斜压环流(低层辐散/高层辐合),从而加强了江南地区的下沉运动,抑制局地对流,导致干旱加剧(图2)。 定量研究结果表明,超级正IOD和CP型El Nino事件共同加剧2019年伏秋季节江南极端干旱,它们分别能够解释此次极端干旱事件的40%和60%。此研究揭示了印度洋超级正IOD影响江南伏秋重旱的新机制,更有助于全面理解热带印度洋和太平洋海温异常协同影响我国极端干旱事件。 上述研究成果由国家重点研发计划重点专项、中国科学院战略性先导科技专项(B类)、国家自然科学基金项目、南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)人才团队引进重大专项、中国科学院青年创新促进会项目和中国科学院南海生态环境工程创新研究院自主部署项目等共同资助完成。 相关论文链接: https://doi.org/10.1029/2020GL090847
  • 快讯 海域天然气水合物开采出砂管控技术研发取得新突破

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    编译者:liguiju
    发布时间:2021-01-06
    海域天然气水合物安全高效开采是目前全球天然气水合物能源研究的竞争热点,以水平井为代表的复杂结构井开采技术能够大幅提高单井产能,被认为是最具潜力的天然气水合物开采技术。与此同时,海域天然气水合物长期开采面临出砂风险的制约,实现开采井筒安全高效砾石充填是实现水平井等复杂结构井技术长效开采的必然需求。但同时砾石充填技术在水平井中的应用受到天然气水合物储层极窄安全密度窗口、高漏失速率等因素的制约。 基于上述需求和技术挑战,海洋试点国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室研究团队创新提出了海域天然气水合物开采水平井砾石充填安全作业窗口的预测方法和考虑水合物储层中水合物分布特征的砾石充填参数设计方法,揭示了天然气水合物对水平井安全作业窗口的控制机理。研究结果表明,采用“低密度砾石+低砂比+降粘剂”工艺组合是实现南海天然气水合物试采水平井安全施工的必然需求;随着水平井所处位置处的地层水合物饱和度升高,一定工艺参数组合条件下的安全作业窗口扩大、安全充填延伸极限扩大,相应的安全作业风险降低,砾石充填工艺的应用可行性和成功率也将大幅提升;特别是多级β波充填技术的应该,能够有效拓宽安全作业窗口,为天然气水合物试采井的安全施工提供必要的支撑。与此同时,研究结果表明,水合物储层漏失速率的不确定性是导致海域天然气水合物试采水平井砾石充填失败的最大诱因,因此研究团队强烈建议钻井之后进行循环漏失测试,从而为砾石充填施工参数的精细化设计提供基础依据。 上述研究成果在能源领域国际顶级学术期刊Energy(IF=6.082)以《Optimization and Analysis of Gravel Packing Parameters in Horizontal Wells for Natural Gas Hydrate Production》(海域天然气水合物开采水平井循环砾石充填参数优化与分析)为题在线发表。海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室固定成员、青年科学家李彦龙为论文第一作者,海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室主任吴能友研究员和中国石油大学(北京)高德利院士为论文的共同通讯作者。该成果由海洋试点国家实验室联合中国地质大学(武汉)、加拿大里贾纳大学、中国石油大学(北京)以及东营瑞丰集团等单位的科研人员共同完成。此项研究得到了国家自然科学基金面上项目(No. 41976074, 42076217)和泰山学者特聘专家项目(No. ts201712079)的联合资助。 原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S036054422032692X?dgcid=coauthor
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    发布时间:2021-01-07
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