近日，中科院海洋所袁東亮研究團隊在北太平洋次溫躍層環(huán)流研究中取得“0-1”的突破。團隊前期預(yù)研究發(fā)現(xiàn)了北太平洋存在一支超長、超強的次溫躍層海流，命名為“北赤道次表層流（NESC）”，位于5 N附近北赤道逆流之下，貫通整個太平洋海盆向西流動，進入印尼貫穿流源區(qū)，是赤道太平洋水團進入印尼海和印度洋的唯一通道。
大洋風生環(huán)流動力學(xué)理論于上世紀40年代建立，主要揭示大洋上層環(huán)流由風旋度驅(qū)動，并由西邊界流閉合的動力機制?，F(xiàn)代溫躍層理論于上世紀80年代建立，包括位渦均一化理論和通風溫躍層理論，強調(diào)大洋主溫躍層之下，除西邊界流回流區(qū)和通風溫躍層以外，海洋環(huán)流難以被驅(qū)動，存在所謂靜止不動的陰影區(qū)，與實際海洋觀測不符。上世紀80年代胡敦欣等在西太平洋發(fā)現(xiàn)棉蘭老潛流等潛流，無法用現(xiàn)代大洋溫躍層理論解釋，顯示經(jīng)典溫躍層理論存在局限性，這些潛流機制長期困擾著國際海洋學(xué)家，次溫躍層環(huán)流的動力機制也是現(xiàn)代大洋環(huán)流動力學(xué)研究的國際熱點和難點。
袁東亮團隊對北赤道次表層流三維結(jié)構(gòu)、變異規(guī)律與動力機制開展研究，利用潛標測量、船載ADCP海流測量，并與Argo地轉(zhuǎn)流數(shù)據(jù)結(jié)合，證實NESC是一支橫跨整個北太平洋海盆流動的海流，具有顯著的季節(jié)-年際尺度的變化，在夏季和拉尼娜期間變強，在冬季和厄爾尼諾期間變?nèi)酢?/p>
NESC體積輸運及其年際異常
使用線性連續(xù)層化模式（LCSM ），團隊揭示了大洋次溫躍層環(huán)流的動力機制。研究指出，包括NESC在內(nèi)的潛流，其形成機制是由大尺度環(huán)流的靜力平衡和海面、海底動力邊界條件約束決定。由于熱帶大洋層結(jié)的低階斜壓模態(tài)在溫躍層附近存在零點，前幾個斜壓模態(tài)的疊加造成了強的表層流與弱的潛流，模式成功再現(xiàn)了太平洋赤道流系的主要海流及其潛流。該理論與經(jīng)典環(huán)流理論的本質(zhì)區(qū)別，在于考慮了海底邊界的約束。經(jīng)典理論假設(shè)約化重力模型，忽略了底邊界的影響。
NESC與上層NECC反向的動力機制解釋以及赤道太平洋斜壓模態(tài)結(jié)構(gòu)與LCSM模擬結(jié)果
研究還顯示，NESC的季節(jié)變化是由中、東赤道太平洋季節(jié)變化的風應(yīng)力旋度，通過激發(fā)向西向下傳播的斜壓羅斯貝波強迫的。研究團隊首次使用連續(xù)層化斜壓羅斯貝波的解析解，成功了再現(xiàn)了NESC緯向流的季節(jié)變化。
這一系列研究揭示了NESC等大洋潛流的形成機制具有一般性，可以推廣到其它海域。新理論克服了現(xiàn)代大洋溫躍層環(huán)流理論中存在靜止的“陰影區(qū)”的缺陷，是對大洋溫躍層理論的重要修正。相關(guān)研究成果發(fā)表在Scientific Reports和 Journal of Physical Oceanography雜志上。
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Yang, Y., X. Li, J. Wang, and D. Yuan*, 2020: Seasonal variability and dynamics of the Pacific North Equatorial Subsurface Current. J. Phys. Oceanogr., 50, 2457-2474, doi: 10.1175/JPO-D-19-0261.1.
Li, X., Y. Yang, R. Li, L. Zhang, and D. Yuan*, 2020: Structure and dynamics of the Pacific North Equatorial Subsurface Current. Sci. Rep., 10:11758, https://doi.org/10.1038/s41598-020-68605-y.
