印度洋跨赤道浅层经向翻转环流及其热输运的年际变异

The cross-equatorial cell in the shallow meridional overturning circulation is unique in the Indian Ocean, in which the cross-equatorial transport play a vital role in heat exchange between the Southern and Northern hemisphere and maintaining water volume and heat balance in the mid- and low-latitude regions. In this study, the meridional overturning related cross-equatorial water volume transport from different sources is quantitatively examined. Its cross-equatorial heat transport and modulation on the north Indian Ocean heat content are examined as well. The coherence of the western boundary current, Ekman flow in the upper layer and equatorial wind-driven currents are found to be key to connections between meridional and zonal heat transports in the tropics. It is particularly important during the Indian Ocean Dipole events, in which the cross-equatorial heat transports are closely related to heat content in both side of the tropical Indian Ocean basin. This study could enrich the knowledge of the shallow meridional overturning circulation in the Indian Ocean and improve the dynamical framework of the interannual variability of warm water.

区别于两大洋，经向翻转的印度洋跨赤道输运是印度洋独有的现象，是南北印度洋热量交换的主要形式，维持着中低纬地区的水体和热量平衡。本研究拟利用大量观测及数值同化资料，定量分析年际尺度上与经向翻转相关的跨赤道水体输运及其热量输运，研究其对北印度洋热含量的调制；结合西边界流、上层Ekman流及赤道流系的连动，剖析热带印度洋经向输运与纬向输运的动力联系，应用在印度洋偶极子年份中，研究跨赤道热输运与海盆东西两侧热结构差异之间的关联，丰富印度洋浅层经向翻转环流系统细节，完善印度洋暖水热结构年际变化的动力框架。

探讨热带大洋上层环流及其区域气候效应一直都是地球科学的研究热点问题。而热带印度洋的环流变异以及在海气耦合系统中的角色等是热点中的难点问题。受季风影响，热带印度洋经向流和赤道纬向流的变化与其他两大洋显著不同，此方面的研究非常急迫和有意义。迄今为止，受制于观测资料的缺乏，相关研究还远远不足。项目采用数值模拟技术手段、采用再分析资料以及最新的潜标观测等数据，紧紧围绕印度洋跨赤道浅层翻转流与赤道纬向流，系统的描述了CEC的结构、变异及其气候效应，EIC的特征及机理。首先基于全球涡分辨率的海洋环流模式探讨了拉格朗日视角下的印度洋浅层经向翻转环流，通过拉格朗日粒子示踪方法，评估了东边界以及南边界对印度洋浅层经向翻转环流的贡献。接下来评估了热带地区中海气通量和海洋过程对局地海温变异的相对贡献以及印度洋的海温异常对西北太平洋地区夏季降水的重要性。基于对CEC年际变异季节性差异的研究，提出了一种与三维海流相关的维持IOD的正反馈机制。此外，还首次提出了赤道印度洋中层纬向流（EIC）概念并探究了印度洋年内尺度共振模和Rossby波的重要作用。CEC基本结构和年际变异的研究以及EIC的发现丰富了印度洋海流系统的细节，具有重大的科学意义。总之，CEC的基本结构和变异受到ITF和南边界入流的影响；而CEC变异可以调节海盆尺度的热盐再分配，可以与赤道纬向流对气候模态形成有效的正反馈；海盆尺度的热力结构变异，又可以进一步通过海气相互作用过程，影响着局地和全球气候变化。