菲律宾以东次表层潜流系统的形成机制研究

Subsurface undercurrent system east of Philippine is one of the fundamental component of the 3 dimension ocean circulation system of the tropical western Pacific Ocean, which plays a key role in the mass and heat balance of the western Pacific. So far, we have got relatively good understanding to the structure and variability of the three components of the subsurface undercurrent system (Mindanao Undercurrent, Luzon Undercurrent and North Equatorial Undercurrent), but still have no robust answer to its formation mechanism. Understanding the formation mechanism of the subsurface undercurrent system has become an urgent task for the oceanography community. In this proposal, we plan to illustrate the formation mechanism of the subsurface undercurrent system, by using the subsurface mooring data, historical hydrography, Argo floats measurements, high-resolution model outputs, and a nonlinear 2.5 layer reduced gravity model. The contribution from nonlinear advective process, wind forcing and meso-scale eddies to the formation of the undercurrents will be evaluated systematically. This project will improve our understanding of the dynamics of the ocean circulation in the western Pacific.

菲律宾以东次表层潜流系统是热带西太平洋环流系统三维结构的基本组成部分之一，其在维持西太平洋海洋质量、热量平衡中具有重要作用。目前为止，我们对其主要分支（棉兰老潜流、吕宋潜流和北赤道潜流）的结构和变异规律取得了一定的认识，但关于其形成机制却没有明确答案，系统阐明菲律宾以东次表层潜流系统的形成机制已成为一个亟待解决的科学问题。本项申请拟充分利用我国在西太平洋获取的潜标连续观测数据，结合历史水文数据、Argo数据以及高精度数值模式数据，综合运用各种统计和理论分析手段，并通过2.5层非线性约化重力模式开展敏感性试验，力争系统揭示菲律宾以东次表层潜流系统形成的动力学机制，量化评估非线性平流过程、风场强迫、中尺度涡旋等因素在潜流形成中的相对贡献，进一步提高对西太平洋环流三维结构的动力学认识。

菲律宾以东海域具有复杂的三维海洋环流结构，突出表现在温跃层以下存在与上层环流反向的次表层潜流，这些潜流是连接南北半球和不同纬带海洋环流的关键纽带，是维持大洋质量、热量平衡不可忽略的重要过程。然而，关于次表层潜流形成的动力学机制这一问题的研究十分薄弱。. 针对该问题，项目团队围绕“次表层潜流的基本结构与变异规律”和“次表层潜流的形成机制”两个方面开展了研究，系统整理了该海域的潜标、CTD、LADCP、Argo等海洋观测数据以及ERS卫星风场数据和OFES数值模式数据，给出了次表层潜流的基本结构，揭示了该海域海流存在表层强化和次表层强化两种不同结构、不同周期的季节内变化特征，发现主要由不同类型的中尺度涡旋所致，并分别从斜压不稳定和正压不稳定的角度阐明了其产生机制，明确了正压不稳定过程在棉兰老以东次表层涡旋与涡动能形成及其季节变化中的主导贡献；系统阐明了中尺度涡与西边界流相互作用过程中的能量特征及其演变过程；基于线性连续层化模式和2.5层非线性约化重力模式开展了次表层潜流的高分辨率模拟与敏感性试验，揭示了大尺度风场强迫引起的海洋低阶斜压模态叠加响应在次表层潜流形成中的重要作用；基于OFES数值模式、高分辨率卫星风场以及海气耦合模式数据诊断，指出次表层涡旋通过“湍流Sverdrup平衡”机制对次表层潜流的形成也有重要贡献，而中尺度海气耦合机制的贡献不显著。. 以此为基础，发表论文11篇，另有2篇论文已接受，其中SCI论文11篇，2区以上SCI论文8篇；培养硕士1名；部分成果2020年获 “海洋工程科学技术一等奖”（排名第五）、2022年获“海洋科学技术奖特等奖”（公示，排名第四）；完成了项目预期目标。. 项目成果显著提高了对菲律宾以东海域三维环流结构及其多尺度变化规律的认识，增强了对次表层潜流与次表层涡旋形成及其变化的动力学理解，为巩固和提高我国在西太平洋环流研究领域的学术地位和影响力提供了重要支撑。