南印度洋副热带模态水年际变化特征及其机制研究

Mode Water is the name given to a layer of nearly vertically homogeneous water found over a relatively large geographical area. Regions of mode water formation are of particular importance for climate change, since these regions provide a link between the shorter time scales of the atmosphere and the longer time scales of the oceanic subsurface layers. Our research focus on the basic characteristics of south Indian subtropical mode water and their interannual variability. The influences of surface wind stress field, air-sea heatflux, subtropical gyre and mesoscale eddy upon the subtropical mode water are examined. The dynamical and thermodynamical mechanisms behind these features are detected. By the data statistical analysis and numerical study, our research intend to improve the understanding of the relationship between the subtropical mode water and the subtropical gyre in South Indian Ocean.

模态水是指其温盐密等性质在垂直方向上具有显著均一性的一类特殊水体,存在于各大洋的不同海区。模态水是外界的大气强迫信号传输到次表层海洋的一条重要途径，是短时间尺度的大气变化与长时间尺度的海洋次表层变化的联结桥梁，是研究大洋环流的重要基础，对全球气候变化的研究有重要意义。本研究以统计分析与数值试验相结合的方式，在研究南印度洋副热带模态水基本特征的基础上，分析南印度洋副热带模态水的年际变化特征，确定其年际变化的影响因子，揭示其年际变化的基本过程，阐明大尺度海面风应力场、海气热通量交换、副热带环流背景场、中尺度涡对南印度洋副热带模态水年际变化的作用和贡献，探讨南印度洋副热带模态水与副热带环流相互调制的过程和机制。

模态水是指其温盐密等理化性质在水平与垂直方向上具有显著均一性的巨大水体，它介于季节性跃层与永久性跃层之间，它是由于冬季海表大量失热产生深对流形成的，保存了海气相互作用的长期记忆。水体从混合层底部不可逆地进入到永久性温跃层从而形成模态水的过程称为潜沉，通过对潜沉机制的理解，人们认识到模态水是外界的大气强迫信号传输到次表层海洋的一条重要桥梁。本研究基于SODA（Simple Ocean Data Assimilation）再分析资料对南印度洋副热带模态水形成区的潜沉率的年际变化及其动力机制进行了研究。. 分析表明，南印度洋副热带模态水的属性为温度范围在15.5–17.5 oC、盐度范围在35.4–35.6psu、位势密度核心为26.1kg/m3、位势密度范围在25.9–26.2kg/m3、相对应的位势涡度范围在PV<200×10-12m-1s-1。南印度洋副热带模态水形成区的潜沉率的气候平均值约为75 米/年，对应的模态水水体更新时间为3年到6年。进一步分析表明，南印度洋副热带模态水形成区的潜沉率显示了显著的年际变化特征，并能够很好地解释了模态水体积的年际变化。潜沉率的年际变化主要来源于侧向导入项，而垂向抽吸项对潜沉率年际变化的贡献不明显。. 南印度洋副热带模态水形成区所在的中纬度海域，秋冬季节强烈的失热过程导致该海域发生深对流混合，形成局地深混合层，并存在显著的年际变化。而模态水运动路径下游的低纬度海域，混合层浅且稳定，并无显著年际变化。这种经向空间结构形成了强的混合层深度经向梯度，并存在显著的年际变化，从而导致了强的侧向导入项的年际变化。由于风应力旋度年际变化较小，潜沉率的另一组成部分垂直抽吸项比较稳定。因此，与北大西洋副热带模态水形成区的潜沉率不同，西南印度洋潜沉率年际变化的控制因子是模态水形成区混合层深度的年际变化。