南大洋复杂地形下底部低频流动能耗散时空变异和耗散路径的研究

The Southern Ocean plays a key role in the energy budget of the global ocean, which is closely related to climate change in the Earth system. The applicant's previous research found that the drag dissipation and the lee-wave generation are main ways of deep ocean kinetic energy consumption in the deep ocean bottom boundary layer in the Southern Ocean. However, the temporal and spatial variation characteristics and total dissipation are still controversial. Based on the previous work, this project uses both the satellite remote sensing and the ocean survey data to analyze the temporal and spatial characteristics of the energy dissipation at the bottom of the Southern Ocean according to the parameterization of drag dissipation and lee-wave generation. Also, the interaction between drag dissipation and lee-wave generation is discussed to give the energy dissipation path model of the kinetic energy under the influence of the topography. The results are helpful to explain the mechanism of energy dissipation of the bottom flow, which is of great significance for understanding the oceanic energy budget and provide reference for improving the simulation results of ocean model.

南大洋在全球海洋能量收支平衡中发挥着重要作用，与地球系统气候变化密切相关。申请人前期研究发现，南大洋深海底边界层摩擦耗散与lee-wave生成能量是深层海洋动能消耗的主要途径，与深海层结结构和混合过程密切相关，然而其时空变化特点与耗散总量仍存在争议。本项目在前期研究工作的基础上，使用南大洋卫星遥感及海洋调查数据，根据摩擦耗散与lee-wave生成的参数化方案，分析南大洋海域底部动能耗散的时空特征；探讨摩擦耗散与lee-wave生成过程的相互作用，给出南大洋复杂地形作用下底部动能耗散路径模型。研究结果有助于阐释底部流动能耗散机制，对理解海洋能量收支平衡有重要意义，为完善海洋模式模拟结果提供参考。

海洋能量的收支平衡对全球海洋物质能量输运起决定性作用，是影响大洋环流、多尺度动力过程、地球生物化学过程以及气候变化的关键要素之一。南大洋联通太平洋、大西洋、印度洋，存在贯通全球的南极绕极流，是海洋能量输送的重要纽带。本项目以南大洋内部能量输入、传递、不同尺度间的相互作用和耗散为总体研究对象，基于实测海面高度、温盐剖面、水声传播时间、海底地形和底部流速，定量计算了南极绕极流区域底部能量摩擦耗散、水体垂向湍流混合及其引起的垂向输运和多尺度过程对海表动力高度的贡献。研究了底部能量耗散与混合系数的空间分布规律，为理解南大洋能量收支平衡、完善区域或全球海洋模式中的耗散过程提供参考依据。在此基础上，针对南大洋复杂多变的多尺度变化，开展了海洋环境信息重构的研究，分别利用卫星遥感数据实测水声数据反演温盐剖面的时间序列，将反演的分辨率提升至亚中尺度，并初步进行了亚中尺度水声传播机理研究，为水下环境信息保障提供支撑。项目基本完成了预定研究目标，并进行了扩展探索，取得了阶段性成果并为进一步深入研究奠定了基础。在本项目的支持下，发表SCI文章2篇、中文核心文章2篇；协助培养博士研究生4人、硕士研究生3人；基于项目研究成果申请了军事科技领域相关的后续研究项目，为项目负责人及其所在课题组科研工作的顺利开展提供了关键的保障。