南海深层经向翻转流结构的观测与模拟

The South China Sea (SCS) deep-sea sediment transport, deposition process as well as polymetallic nodules growth rate are closely related to the deep circulation in the SCS. However, deep-sea observation confronts a series of technical challenge, e.g. the extreme lack of deep-sea observation data, the differences among model simulations and etc, which means that physical oceanography research in the SCS currently can not meet the research needs of the marine geology and other disciplines. .The rising and sinking branch of meridional overturning circulation (MOC) are one of the main sources to drive the deep circulation in the SCS. The project mainly investigates the MOC and deep-sea circulation, emphasizing Luzon strait deep-sea outflow, which is closely related to the MOC intensity, ocean mixing and other major branches. Main methods applied in this study include ADCP and mooring observations, chemical and isotopic tracer method, HYCOM and ROMS (modified based on complicate topography and strong mixing rate in the SCS) and particle tracer method. The achievement of this project will help enhance our knowledge of the SCS MOC and deep-sea circulation transport characteristics and promote the SCS deep-sea process studies.

南海深海沉积物的搬运、沉积过程以及多金属结核生长速度等与南海深层环流密切相关。然而深海观测面临一系列的技术挑战，深海观测资料极端缺乏;模式结果在上层尚能取得一致，在深层存在根本差异。南海物理海洋研究不能满足海洋地质学等学科的研究需求。.南海经向翻转流（MOC）的上升和下沉分支是驱动南海深层环流的主要驱动源之一。南海深层MOC对于刻画南海深层环流特征具有很好的指示作用。本项目以南海深层MOC和深层环流为研究对象，围绕与MOC强度密切相关的吕宋海峡深海瀑布(Overflow)、南海强混合以及主要分支流系，利用走航和定点潜标观测手段，结合化学和同位素示踪方法开展观测研究；并运用HYCOM和ROMS模式针对南海复杂地形和强混合率进行改进，运用颗粒示踪手段，对南海深层环流进行研究。通过本项目的研究，将较大提高对南海深海MOC和深层环流输运特征的认识，推动南海深海过程研究的发展。

南海深层翻转环流与深海沉积物搬运、沉积过程以及多金属结核生长等息息相关，是海洋沉积学研究的必要补充。本项目以南海深层翻转环流为中心，对南海中深层环流、南海翻转环流以及南海中尺度变异过程进行了研究。利用西沙海域潜标、二维地震反射资料以及动力地貌模型，阐明了西边界流在该海域的低频变异规律以及西沙海域深海沉积体系与底层流的关联。基于实测资料和历史资料，发现南海东沙附近海域在秋季存在一支由JEBAR驱动的东北向中层分离流。进一步，理论分析和数值模拟均显示南海深层环流对地形坡度的依赖，同时位涡收支分析指出吕宋海峡通量的“三明治”结构很大程度上决定了南海环流的“三明治”结构，而JEBAR项是由南海“三明治”环流与地形相互作用产生的。水团年龄分布的证据表明南海存在深层翻转流系统，继而借助两层Stommel盒子模型，重点讨论了淡水通量和机械能对热盐环流的强度及多平衡态转换的影响。基于HYCOM再分析数据，利用拉格朗日追踪的方法研究了南海经向翻转环流的结构特征，并指出了波动过程在上升区的重要性，同时利用多套模式资料，指出南海经向翻转环流具有多时空尺度特征并初步阐明了变异机理。最后利用实测流速资料，首次发现南海深层涡旋、地形Rossby波，并指出其能量来自于上层中尺度过程，同时对南海涡旋形状、吕宋冷涡以及中尺度涡影响下的变异过程开展了研究。通过本项目的研究，加深了对南海翻转环流与深层环流的认识，可对南海深层沉积物搬运提供必要的参考。