近日，中國科學(xué)院海洋研究所王凡研究組在利用次表層潛標(biāo)觀測(cè)熱帶經(jīng)圈翻轉(zhuǎn)環(huán)流（TMOC）方面取得重要進(jìn)展，研究成果在Scientific Reports期刊發(fā)表。
淺層的經(jīng)圈翻轉(zhuǎn)環(huán)流是風(fēng)生環(huán)流的重要組成部分。TMOC存在于熱帶太平洋，并嵌入到副熱帶環(huán)流中，包括赤道上升流、表層向極的流動(dòng)、赤道外約5 的下降流以及溫躍層向赤道的流動(dòng)。TMOC對(duì)于赤道和赤道外的熱交換非常重要，在厄爾尼諾-南方濤動(dòng) （ENSO）充放電過程中扮演著重要的角色。然而，由于缺乏實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，無論是熱帶太平洋TMOC的平均結(jié)構(gòu)還是時(shí)間變異都沒有被實(shí)際觀測(cè)所證實(shí)。此外，西太平洋TMOC的赤道上升流可能影響暖池的表層溫度和大氣深對(duì)流，其對(duì)局地表層溫度的作用還未被研究。
圖1. 次表層潛標(biāo)陣列和SODA再分析資料觀測(cè)的平均緯向流和經(jīng)向流結(jié)構(gòu)
根據(jù)王凡研究組布放在142 E的次表層潛標(biāo)陣列觀測(cè)，首次發(fā)現(xiàn)了熱帶西太平洋TMOC的三明治結(jié)構(gòu)。2014年8月至2015年11月的平均經(jīng)向流表明：在北半球，TMOC表層流向北（<80 m），溫躍層流向南（80–260 m; 22.6–26.5 ），溫躍層以下流向北（260–500 m; 26.5–26.9 ）（圖1）。根據(jù)質(zhì)量守恒，這種三明治結(jié)構(gòu)說明TMOC實(shí)際上是經(jīng)向上閉合的雙環(huán)結(jié)構(gòu)，在赤道250米以上和以下必分別對(duì)應(yīng)上升流和下降流；在赤道外約6 N，上層和次表層則分別對(duì)應(yīng)下降流和上升流。根據(jù)Ekman風(fēng)生環(huán)流理論，局地的西風(fēng)應(yīng)引起表層南向流，因而無法解釋TMOC的表層北向流。
圖2. 經(jīng)過13個(gè)月低通濾波后OSCAR經(jīng)向流異常、赤道緯向風(fēng)異常以及Ekman pumping速度異常的時(shí)間演化
圖3. TMOC的年際和季節(jié)變異以及其對(duì)赤道表層溫度的影響
根據(jù)三明治分層，研究人員發(fā)現(xiàn)TMOC每一層均具有季節(jié)-年際變異，表層流基本可以代表TMOC整體的強(qiáng)度。在較長的時(shí)間尺度上，TMOC的變異主要受到赤道緯向風(fēng)的調(diào)控，而與赤道外緯向風(fēng)引起的Ekman抽吸無關(guān)。在2014-2015年，厄爾尼諾激發(fā)的西風(fēng)異常減弱了TMOC的強(qiáng)度（圖2）。在季節(jié)尺度上，TMOC在冬季強(qiáng)，夏季弱（圖3）。
潛標(biāo)資料、衛(wèi)星觀測(cè)資料和再分析資料進(jìn)一步分析表明在厄爾尼諾期間TMOC先減弱后增強(qiáng)。減弱（增強(qiáng)）的TMOC通過將更少（更多）的溫躍層冷水帶到海表引起溫度升高（降低）。因而TMOC通過上升/下降流影響赤道表層溫度，這一過程可能影響ENSO的發(fā)展。
該研究得到了青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實(shí)驗(yàn)室鰲山科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金青年基金等的支持。
