海洋中尺度涡对北太平洋副热带西部模态水潜沉的影响机制

Subduction of the North Pacific Subtropical Mode Water (NPSTMW) plays an important role in the North Pacific climate variability. However, physical process of eddy subudction, that is, how mesoscale eddies transport the mixed layer water into the permanent thermocline, is still unclear and is one of the most challenging frontiers. Preliminary work of the present study compared the NPSTMW subduction among eddy-resolving and non-eddy resolving models and observations, and for the first time, pointed out that the freshly formed NPSTMW by mesoscale eddies is located just several hundred kilometers south of the winter deep mixed layer, suggesting the eddy flow across the winter mixed layer front might be crucial for eddy subduction. Based on the data from a field campaign designed to verify this hypothesis, and together with model simulations, the present study will clarify the eddy advective effects on NPSTMW subduction; tell the differences between the eddy subduction and the large-scale subduction; explore the mesoscale eddy effects on transport and dissipation of the NPSTMW; and provide important implications for improving models.

北太平洋副热带西部模态水通过潜沉将气候变异信息存储在海洋中，对北太平洋多尺度的海洋及气候变化有重要的调节作用。但目前尚不清楚海洋中尺度涡在北太平洋副热带西部模态水的潜沉过程中所起的作用，该问题是富有挑战性的国际前沿科学问题。本项目申请人通过对高、低分辨率海洋模式结果及 Argo观测资料的对比研究，在国际上首次提出涡旋导致的潜沉发生在冬季深混合层池区的南侧几百公里范围内，并指出跨混合层深度锋面的涡旋平流可能是导致副热带西部模态水潜沉的关键。为了进一步证实该科学猜想，本项目将依据为证实该猜想专门设计的现场观测实验已获得的资料，结合海洋数值模式的模拟，揭示中尺度涡的平流效应影响副热带西部模态水潜沉的具体物理过程；确定大尺度平均流与中尺度涡在副热带西部模态水潜沉过程中各自扮演的角色，探索在中尺度涡影响下潜沉的模态水的迁移和耗散过程；为缩小气候模式在模拟模态水潜沉过程中与观测之间的差异提供理论依据。

北太平洋副热带西部模态水通过潜沉将气候变异信息存储在海洋中，对北太平洋多尺度的海洋及气候变化有重要的调节作用。但目前尚不清楚海洋中尺度涡在北太平洋副热带西部模态水的潜沉过程中所起的作用，该问题是富有挑战性的国际前沿科学问题。我们通过投放17个有针对性设定的Argo浮标，成功对涡旋影响下混合层低位涡水的潜沉过程和模态水形成和被输运的过程进行了长达半年的准拉格朗日高分辨率连续追踪观测，共获得5000多个珍贵的剖面数据。依据专门设计的现场观测实验获得的资料，发现了跨混合层深度锋面的涡旋外围的位势涡度分布的确具有不对称性，混合层中低位涡水潜沉发生在反气旋涡东侧的南向流处。这是因为海洋涡旋会产生一个跨跨混合层深度锋面的低位涡水输运，导致该低位涡水的南向潜沉进入温跃层，形成模态水。依据这次观测资料和涡分辨率的海洋模式结果的定量估计，在黑潮延伸体附近海域这种海洋涡旋对混合层低位涡水潜沉率贡献可以占到总潜沉率的一半以上。该研究结果将为改进海洋模式和全球气候模式提供重要的参考依据。