马里亚纳海沟海洋混合特征研究

The ocean trench generally refers to the region with depth greater than 6000 meters, which is currently the most difficult areas for beings to reach in global oceans due to its extreme environment, and therefore related studies will have an important strategic and scientific significance. This project will target the deepest trench in the world as the research area, the “Challenger Deep”, located at the southwest of the Mariana Trench in the northwestern Pacific, and will focus on the study of generation and propagation mechanisms of internal tide in the trench with concave terrain, gain of diffusive rate distribution of vertical mixing induced by internal tide dissipation, and exploration of impacts of mixing processes on three-dimensional circulation structures in the trench with helps of in-situ data and three-dimensional MITgcm numerical model. The results of the project will help people to know and understand the dynamic processes of abyssal circulation, to explore possible role of trench vertical mixing on water mass and material transport, and to evaluate the potential impacts of dynamic processes on the trench biological metabolism. In hence, this project has very important scientific significance. And it will also lay the foundation for establishment and developments of trench frontier researches for our country, and has significant scientific prospective.

深渊一般指水深大于6000米海沟区域，由于其极端环境特征，是全球大洋中人类最难以企及的海域，对其开展科学研究将具有非常重要的战略与科学意义。本项目将以世界上最深的深渊—位于西北太平洋马里亚纳海沟西南端“挑战者深渊”为研究区域，结合现场观测数据和MITgcm三维数值模型研究凹型地形下的深渊内潮生成和传播机制，获得内潮耗散所导致的深渊垂向混合扩散率分布特征，探讨深渊混合过程对三维环流结构的影响。本项目的研究结果将有助于人们认识和理解深渊环流动力过程，探讨深渊混合对深渊水体和物质垂向输运可能的作用以及评估海洋动力过程对深渊生物新陈代谢潜在的影响，具有非常重要的科学意义。此外，本项目的研究工作将为建立和发展我国深渊前沿领域研究打下坚实的基础，具有显著的科学前瞻性。

深渊作为全球海洋重要组成部分，海洋环境极端特殊而神秘。而对深渊动力学过程开展认知研究是探索和了解深渊生态环境的基础，其水团特性、混合过程以及环流结构影响着深渊能量物质交换、沉积过程以及生物生存和迁徙。在本项目的支持下，项目负责人以马里亚纳海沟“挑战者深渊”及其邻近海域作为研究目标，通过航次走航观测、潜标阵列定点观测和三维数值模拟等手段研究了该海区深渊混合、水团特性和环流时空变化，在以下几个方面获得新的认知：第一、构建和利用三维非静力、高分辨率的MITgcm模式，对马里亚纳海沟主要四大全日和半日分潮引起的内潮及混合过程进行模拟研究。研究结果表明万米深渊海沟中由于内潮引起的混合非常显著，特别是在深渊近底层，混合扩散率的量级可达10^-3 m^2/s，进而调控深渊环流及深渊与外部物质交换。第二、联合外单位在马里亚纳-雅浦海沟成功布放和回收了目前世界上规模最大的深渊潜标阵列，获得深渊海流连续观测数据。在平均态上，观测结果表明“挑战者”深渊环流存在明显空间变化，在6000米以上存在一致由东向西的平均流，其水团主要来源于南大洋深层水，6000-8000米环流主要受一个气旋式环流所主导，而8000米以深则存在一个反向的环流。这种空间变化表征深渊存在复杂的环流体系。在季节尺度上，研究结果表明6000米以浅的环流结构存在明显的季节变化，表明深渊上层环流主要受南大洋深层水影响。在更高频率时间尺度上，深渊环流主要由潮流组成，另外近惯性震荡也对深渊环流有贡献。第三、基于断面观测获得了南大洋深层水体通过马里亚纳-雅浦海沟进入菲律宾海的流量通量和时间变化，研究结果表明流量通量存在显著的时间变化。在平均态上，南大洋水体大约有1.60 Sv的流量通过海沟，与前人的结果相近。在季节尺度上，首次发现流量通量存在明显的季节变化，冬春季以西向输运为主，而夏秋季以东向输运为主。第四、利用四个航次观测的30个CTD数据的分析表明：挑战者深渊的水团具有季节性变化。四个航次的温度极小值是一样的，但冬季温度极小值所在的深度明显比夏季的稍浅，而夏季的底层水体比冬季的更咸。