潜标阵列观测揭示西北太平洋近惯性振荡动力学特征│JOL所庆专刊

JOL海洋湖沼学报

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庆祝中国科学院海洋研究所成立70周年专刊

由中国科学院海洋研究所胡敦欣院士课题组和王凡研究员课题组联合撰文“Dynamic features of near-inertial oscillations in the Northwestern Pacific derived from mooring observations from 2015 to 2018”，在Journal of Oceanology and Limnology 2020年第4期庆祝中国科学院海洋研究所成立70周年专刊正式发表。

近惯性运动是海洋动力系统中的重要组成部分，是上层海洋风输入能量传至深层海洋的重要途径，对维持大洋环流和海洋内部混合具有重要作用。由于缺乏有效的现场观测，对西北太平洋近惯性运动的时空特征长期缺乏了解。风强迫是近惯性运动的主要生成机制之一，而热带西太平洋是全球台风强度最强、发生频次最高的海区，强台风对海洋近惯性运动有何影响、其动力和时空分布特征如何？这些重要的科学问题亟待观测和解决。

中国科学院海洋研究所近年来在热带西太平洋构建的潜标观测网全面监测了该海域对台风过程的响应，为回答上述问题奠定了基础。在中国科学院海洋研究所成立70周年之际，中国科学院海洋研究所胡敦欣院士课题组和王凡研究员课题组合作撰文“Dynamic features of near-inertial oscillations in the Northwestern Pacific derived from mooring observations from 2015 to 2018”，在Journal of Oceanology and Limnology 2020年第4期庆祝中国科学院海洋研究所成立70周年专刊正式发表。该文利用2015年9月至2018年1月间热带西太平洋潜标观测网在130°E断面获取的同步观测数据，系统分析了西北太平洋上层海洋近惯性能量(the near-inertial kinetic energy, NIKE)的时空特征，并结合日本气象厅提供的热带气旋数据和散射计(Advanced Scatterometer, ASCAT)记录的风场数据，阐明了热带气旋和风场在近惯性能量低频变化中的重要作用。

图1 中国科学院海洋研究所西太平洋潜标观测网130°E断面以及2015年9月至2018年1月期间记录的台风/热带气旋路径

中国科学院海洋研究所西太平洋潜标观测网中的130°E断面阵列由5个潜标组成，分布于8.5°N、11°N、12.6°N、15°N和17.5°N，其观测海域是热带西太平洋台风和热带气旋密集通过的重要海域(图1)。本研究发现：在空间上，NIKE的平均值和最大值均随纬度增加；在时间上，水深300米以内的NIKE值存在很强的变化，其变率大于时间平均的NIKE值(图2)。60~700米NIKE的平均值表现出显著的季节性，在17.5°N，15°N和12.6°N，NIKE峰值/谷值出现在秋季/春季；11°N和8.5°N的NIKE峰值、谷值则分别出现在冬季和夏季。

图2 潜标观测到的近惯性动能在不同纬度的时间序列

NIKE的空间和时间特征与高NIKE事件密切相关，而风的快速变化是触发高NIKE事件的重要机制。在12.6°N以北，所有的高NIKE事件至少伴随着一个热带气旋；在17.5°N、15°N和12.6°N，热带气旋引起的高NIKE事件分别达到总能量的56%、26.8%和30.5%。在热带气旋发生概率低的11°N和8.5°N，高NIKE事件都与热带气旋或海面风的增强对应(图3)。观测期间，台风引起的最大近惯性流达到0.6 m/s，其e折衰减尺度(e-folding time scale)为4~9天。台风激发的近惯性运动与半日潮相互作用，产生近惯性波和半日内波的耦合波。同时，观测显示，台风“巨爵(Koppu)”经过时由于中尺度暖涡的存在近惯性频率小于局地惯性频率6.5%，表明发生了近惯性频率的红移。

图3 垂向平均(60~300m)近惯性动能及其高能事件(虚线以上)

黑色实线表示不同观测时间的结果；蓝色虚线表示用于确定大型近惯性动能事件的临界值(平均近惯性动能加两倍标准差)。检测到的显著事件有：17°N处2015年10月至11月、2016年9月下旬和10月、2017年10月下旬；15°N处2017年10月下旬和11月中旬；12.6°N处2017年10月下旬；11°N处2016年8月下旬和12月下旬，2017年1月中旬、2月中旬、4月下旬、10月下旬和12月下旬；8°N处2015年9月中旬、1月中旬、3月中旬和8月中旬，2017年2月中旬。

该研究让我们既提高了对西北太平洋近惯性振荡的认知，也加深了对海洋内能量分布和传播机制的理解，具有重要的科学意义。

Citation:

HU Shijian, LIU Lingling, GUAN Cong, ZHANG Linlin, WANG Jianing, WANG Qingye, MA Jie, WANG Fujun, JIA Fan, FENG Junqiao, LU Xi, WANG Fan, HU Dunxin. 2020. Dynamic features of near-inertial oscillations in the Northwestern Pacific derived from mooring observations from 2015 to 2018. Journal of Oceanology and Limnology, 38(4): 1092-1107. https://doi.org/10.1007/s00343-020-9332-1

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