中尺度渦對南海東北部深層湍流混合的影響

《中尺度渦對南海東北部深層湍流混合的影響》是依託同濟大學，由張艷偉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：中尺度渦對南海東北部深層湍流混合的影響
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張艷偉
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

湍流混合過程是控制海洋環流變異、海水中物質分布的關鍵因素。最新的研究發現中尺度渦對於調控深層小尺度動力過程與物質輸運具有重要的作用。相應地，隨著海洋湍流混合觀測技術的發展，最新研製的快速溫度感測器湍流計（chipod）可實現深海湍流混合的長期直接觀測，可極大地推進中尺度渦對深層湍流混合過程的調控機制研究。本申請課題擬通過在南海東北部深水錨系觀測系統的基礎上，利用海洋湍流計（chipod）及高頻流速儀（ADV）， 在南海首次實現深層湍流混合的長期、連續的直接觀測，揭示南海深層湍流混合在不同時間尺度上的分布特徵及其變化規律。同時，結合高分辨衛星高度計數據提供的中尺度渦的時空分布信息、長期連續的流場、溫度、鹽度等水文觀測數據，分析具有不同動力特徵的中尺度渦過境時對南海深層湍流混合變化的影響，建立中尺度渦對南海深層湍流混合的調控關係，為研究海洋上層對深層不同尺度運動的控制機理提供觀測和理論基礎。

結題摘要

中尺度渦是海洋中傳播速度快、能量強的典型非線性運動，控制著多尺度運動之間的能量交換，是海洋中及其關鍵的物理過程。南海中尺度渦頻發且持續時間長，在其長距離傳播過程中可穿透數千米厚的水層，為深海熱通量、小尺度混合、物質輸運提供了能量來源。為了探究中尺度渦對南海深層海流和沉積物搬運過程的影響，本研究自2016年執行以來，設計深海中尺度渦動力過程錨系觀測系統，每年在南海東北部組織航次進行錨系觀測系統的布放和回收。在現場錨系觀測數據的基礎上，結合衛星高度計數據、Argo浮標觀測數據及海洋模擬結果，追蹤南海中尺度渦的三維動力結構和時空演化過程。結果發現影響深層的中尺度渦具有顯著的垂向分層結構：上層為順時針旋轉的反氣旋渦，下層為逆時針旋轉的氣旋渦，是典型的斜壓模態，非線性特徵強，從機理上解釋中尺度渦可攜帶沉積物顆粒並長距離搬運的特性。中尺度渦的垂向結構導致強流速剪下可激發水體混合過程，特別是在中尺度渦的邊緣產生高效率的垂向能量傳遞，對深海潮汐產生邊緣強化效應，並使深海斜壓全日潮冬季的異相成分增強，同時, 中尺度渦對深海海水混合的增強弱化了海水層結, 導致冬季的斜壓全日潮流速減弱, 低於夏季. 本項研究突顯海表層生成的中尺度渦調控海洋深層中小尺度運動及潮汐的季節性變化過程，為研究深海盆沉積物在不同時間尺度上的分布及搬運過程提供了重要的動力機制。