中科院海洋所王凡研究團(tuán)隊基于長期連續(xù)潛標(biāo)觀測，系列研究揭示了太平洋赤道中層流的季節(jié)內(nèi)、季節(jié)和年際變異規(guī)律和機(jī)制。長期以來受觀測數(shù)據(jù)的限制，海洋學(xué)界對太平洋三維環(huán)流的認(rèn)知主要聚焦在表層和次表層環(huán)流上，而對次表層以深的中層流結(jié)構(gòu)、變異和與氣候變化的聯(lián)系存在較大的認(rèn)知空白。赤道中層流對一千米左右物質(zhì)能量的再分配發(fā)揮著重要作用，可將西中太平洋的高溶解氧輸運到東太平洋低氧區(qū)，對生物地球化學(xué)研究亦有重要意義。
在季節(jié)內(nèi)時間尺度上，團(tuán)隊研究發(fā)現(xiàn)在600-1600米存在能量大值區(qū)，其與上層200米中尺度渦旋引起的能量大值區(qū)顯著不同。通過分析潛標(biāo)觀測數(shù)據(jù)和數(shù)值模型結(jié)果，團(tuán)隊研究發(fā)現(xiàn)中層流季節(jié)內(nèi)變異與羅斯貝短波密切相關(guān)，而且其能量傳播路徑和南北向分布會顯著受到西太平洋南側(cè)傾斜的巴布亞新幾內(nèi)亞岸線影響。羅斯貝短波向下向東南方向傳播能量，可將西邊界上層的能量傳遞至中深層，季節(jié)內(nèi)能量的最大值從經(jīng)典的北緯3度變?yōu)?/span>4.5度。通過正壓轉(zhuǎn)化率的計算，團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)中層季節(jié)內(nèi)變異的動能可以向平均緯向流提供能量，這為赤道中層流的形成機(jī)制提供了一種可能解釋。該成果發(fā)表在《Journal of Physical Oceanography》。
（左）西太平洋北緯4.5度潛標(biāo)觀測的季節(jié)內(nèi)變異強(qiáng)度的垂直分布，在中層有和上層不同的大值區(qū)。（右）羅斯貝短波第一經(jīng)向模態(tài)能量射線的水平和垂直分布
在季節(jié)和年際時間尺度上，團(tuán)隊分析了東經(jīng)142度赤道上的潛標(biāo)觀測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)位于600米以深赤道中層流的下層分支LEIC（Lower Equatorial Intermediate Current）存在著季節(jié)和年際變異信號，其與羅斯貝長波密切相關(guān)。與短波不同，羅斯貝長波向下向西方向傳播能量，可將東太平洋上層的能量傳遞至西太平洋中深層。LEIC年際變異受到厄爾尼諾和南方濤動（ENSO）的顯著影響，與ENSO指數(shù)的相關(guān)性在滯后11個月時達(dá)到0.8以上。在厄爾尼諾（拉尼娜）事件衰退期冬季，LEIC會違背季節(jié)變異的規(guī)律，出現(xiàn)強(qiáng)的東（西）向流異常。結(jié)合再分析數(shù)據(jù)和連續(xù)層化模式結(jié)果，團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)ENSO成熟期的風(fēng)場對LEIC的年際變異至關(guān)重要。厄爾尼諾事件中，赤道中太平洋西風(fēng)異常產(chǎn)生的下沉開爾文波在到達(dá)東邊界后，會反射形成下沉羅斯貝長波，它與由赤道東太平洋負(fù)風(fēng)應(yīng)力旋度激發(fā)產(chǎn)生的下沉羅斯貝長波一起向西太平洋傳播，產(chǎn)生LEIC的東向流異常。該成果發(fā)表在《Geophysical Research Letters》。
東經(jīng)142度赤道（a）潛標(biāo)觀測、（b）再分析數(shù)據(jù)、（c）連續(xù)層化模式的2014-2018年東西向流速結(jié)果（d）以上三種結(jié)果中LEIC的流速異常（e-j）LEIC流速異常與ENSO指數(shù)的相關(guān)性
團(tuán)隊進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，新幾內(nèi)亞沿岸潛流的中層部分NGCUC-I（Intermediate part of the New Guinea Coastal Undercurrent）和LEIC一樣也具有顯著的季節(jié)和年際變異，年際變異與ENSO指數(shù)的相關(guān)性在滯后7-12月時達(dá)到最大值。雖然季節(jié)和年際變異都受到羅斯貝長波的調(diào)制，但長波的來源不同。中層流的季節(jié)變異主要由風(fēng)直接驅(qū)動的羅斯貝長波控制，第一和第二斜壓模態(tài)起主要作用，而中層流的年際變異主要由開爾文波在東邊界反射后形成的羅斯貝長波控制，第二和第四斜壓模態(tài)起主要作用。通過數(shù)值實驗，團(tuán)隊研究發(fā)現(xiàn)南側(cè)的巴新岸線增強(qiáng)了西太平洋中層流的季節(jié)變異和與ENSO相關(guān)的年際變異強(qiáng)度。該成果發(fā)表在《Geophysical Research Letters》
風(fēng)直接驅(qū)動的羅斯貝長波（上）、東邊界反射的羅斯貝長波（中）和全部羅斯貝長波（下）引起的赤道中層流季節(jié)變異解釋方差（左）和赤道中層流年際變異與ENSO指數(shù)最大相關(guān)系數(shù)（右）
以上研究成果通過分析觀測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)了赤道中層流的多時間尺度變異規(guī)律，結(jié)合模型結(jié)果揭示了對應(yīng)的動力機(jī)制，建立起赤道中層流與上層海洋在不同時間尺度上的不同聯(lián)系機(jī)制。研究得到了國家自然科學(xué)基金委西太重大研究計劃重點項目、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項等資助。
相關(guān)成果及鏈接如下：
1. Jianing Wang, Qiang Ma, Fan Wang*, & Dongxiao Zhang. Linking Seasonal-to-Interannual Variability of Intermediate Currents in the Southwest Tropical Pacific to Wind Forcing and ENSO. Geophysical Research Letters, 2021, e2021GL092440. https://doi.org/10.1029/2021GL092440
2. Qiang Ma, Jianing Wang*, Fan Wang*, Dongxiao Zhang, Zhixiang Zhang, & Yilong Lyu. Interannual Variability of Lower Equatorial Intermediate Current Response to ENSO in the Western Pacific. Geophysical Research Letters, 2020, 47, e2020GL089311. https://doi.org/10.1029/2020GL089311
3. Zhixiang Zhang, Larry Pratt, Fan Wang, Jianing Wang*, & Shuwen Tan. Intermediate intraseasonal variability in the western tropical Pacific Ocean: meridional distribution of equatorial Rossby waves influenced by a tilted boundary. Journal of Physical Oceanography, 2020, 50: 921-933. https://doi.org/10.1175/JPO-D-19-0184.1
