南印度洋浅层经圈环流次表层分支的年代际变异与输运特征

Subsurface branch of the shallow overturning cell is an important "oceanic bridge" conveying the subtropical signals to tropical regions. It plays important roles in the spatiotemporal variations of water masses, the heat and salt exchanges, and the uptake/release of chemical elements (e.g. Carbon, Oxygen). Based on the in-situ and satellite observations, and some numerical modeling or assimilating products （particularly the OFAM3 high-resolution model results）, this proposal will illustrate the decadal variability of subsurface branch within the southern Indian Ocean (IO) shallow overturning cell. With the synergy of data analysis and Lagrangian particle tracking, we intend to investigate the decadal changes of the subsurface circulation and water masses, and then understand the origins and pathways of typical waters. Attention will be paid to clarifying the respective contributions of water subduction in the subtropical region and the advection of Indonesian Throughflow to the formation of T/S anomalies. Then the subduction rate estimations and multi-variable statistical analyses will be applied to evaluate the potential impacts of air-sea fluxes, large-scale circulation and eddy activities on the formation and migration of subsurface water. Furthermore, the heat and salt transports in the subsurface layer will be quantified for assessing the relative importance of decadal variations on the circulation and water property to the tropical IO stratifications. The above results should be helpful in better understanding the IO circulation changes and their climate impacts.

海洋浅层经圈环流的次表层分支是副热带海洋信号影响热带海区的重要“海洋桥”，对于海洋水团的时空变化、热量交换、以及碳、氧等化学要素的吸收和释放都具有重要的调控作用。本项目将采用现场实测和卫星遥感数据，结合数值模拟和同化产品，特别是OFAM3高分辨率全球环流模型的结果，研究南印度洋浅层经圈环流次表层分支的年代际变化特征与机理。具体而言，我们将结合数据分析与拉格朗日轨迹追踪方法，刻画关键海区次表层环流和水团的年代际变化，认识水体来源及其移动路径。重点关注副热带海区的潜沉过程和印尼贯穿流的平流输运对次表层水体年代际变化的各自贡献。通过水团潜沉过程诊断和多变量统计分析方法，阐明海面动力和热力强迫、环流调整、涡旋活动等因素对次表层水体生成和运移的调控作用。进而计算次表层的热盐输运过程，量化评估环流和水团的年代际演变对热带南印度洋层结变化的不同影响。上述研究有助于进一步理解印度洋的环流演变及其气候效应。

浅层经向翻转环流对海洋的热交换和化学要素循环都有着非常重要的影响。在太平洋和大西洋，浅层经向翻转环流通过表层的离赤道Ekman输运和次表层向赤道的回流构成输运闭环，分别在赤道两侧连接着热带和副热带海洋。由于印度洋缺乏常年的赤道东风及相应的赤道上升流，印度洋浅层翻转环流呈现显著的半球间非对称结构。它由一个跨赤道环流（cross-equatorial cell, CEC）和一个南副热带环流（southern subtropical cell, SSTC）组成。在以往的研究中，其在不同时间尺度上的变率尚未得到充分理解。本项目结合观测资料和模型再分析产品，系统阐述了在印太海气耦合系统驱动下，印度洋浅层经向翻转环流的年代际变化特征。结果表明，经向翻转环流次表层分支主要通过西边界的北向流将副热带水体向北输运至热带海区。经圈翻转环流的两个次级流环（CEC和SSTC）均呈现出较强的低频变化，且二者的变化呈现显著的负相关关系。上述年代际变化主要是由上层的风生Ekman输送和经向的地转流变化所主导，这两种动力过程在不同时期的相对重要性有所不同，体现了局地大气强迫和大尺度海洋动力调整的共同影响。在此基础上，我们进一步关注浅层经圈环流次表层水团发源地，分析了副热带南印度洋水团年代际变异特征。研究结果显示：东南印度洋的水团性质变化主要受到印尼贯穿流跨洋盆输运的影响，在温度和盐度上都有较显著的表征；而南印度洋海盆中部的水团变化主要由局地风场的年代际反转所驱动，主要表现为温度/热含量的年代际变化。上述成果增进了对印度洋环流和水团年代际变化的认识，为研究气候变化背景下印度洋的响应与反馈机制提供了有价值的动力学信息。