南海温跃层的年际和年代际变化特征及机制分析

本项目将基于历史水文实测数据，结合高分辨率数值同化模拟的方法，刻画南海温跃层的年际和年代际变化特征。结合对温跃层内位势涡度的诊断计算，了解温跃层内的环流场与位势涡度分布的对应关系，评估温跃层内位势涡度分布所蕴含的环流信息。进而采用统计分析和数值敏感性试验的方法，阐明通过大气途径和海洋通道的动力因子对南海温跃层年际和年代际变化的不同贡献，从而深化对南海环流和层结变化过程，尤其是南海－西太平洋相互作用过程的认识。

以往的研究对于南海温跃层在年际到年代际时间尺度上的低频演变特征及其动力机理缺乏系统认知，特别对于西太平洋的环流和波动信号影响南海温跃层和海平面的低频变化的方式尚不明确。本课题采用约化重力数值模式，结合“时变绕岛环流”理论动力框架，阐明了热带西太平洋和边缘海环流的耦合动力过程。发现热带太平洋的风应力旋度变化驱动了跃层的变化并通过斜压罗斯贝波将信号西传至菲律宾群岛以东，导致此处海平面、北赤道流分叉点和黑潮流量的变化。斜压罗斯贝波在菲律宾沿岸激发沿岸开尔文波，沿着岸界传入苏禄海和南海东部，引起南海东北部海平面、进而导致吕宋海峡和锡布土海峡输运量的变化。锡布土海峡输运量的变化会进一步反馈到北太平洋的西边界流，对北赤道流分叉点及黑潮流量的变化起到了缓冲效应。数值实验的结果表明：打开这一南海贯穿流通道会使北赤道流分叉点和黑潮流量的变化振幅都减弱约20%。西太平洋的波动信号对于东南印度洋海区也有类似的调制作用，从而影响海盆内区的经向水体输运。在大气强迫的影响方面，在东北风盛行时，低空风场受台湾岛山脉地形阻挡，在岛屿南端会形成风场急流，并伴随着岛屿背风面的正负风应力旋度对。多个南海北部航次观测结果表明：地形所诱导的风场急流的强度对南海东北部温跃层的年际变化有重要的调控作用。此外，航次观测和HYCOM模式全球同化模拟结果的综合分析结果表明：黑潮的平流作用和涡旋的输运是太平洋水体输运进入南海内区的两种重要方式，对于南海温跃层内的水团性质，特别是次表层高盐水的时空特征有重要影响。.这些研究成果不仅进一步刻画了南海温跃层和水团的演变特征与影响因子，而且，系统阐明了西太平洋动力过程影响边缘海的物理机制以及南海贯穿流对热带西太平洋的反馈作用，是对以往南海温跃层和环流变化研究的重要补充和完善，有助于进一步加深对该海域环流动力过程的认知。