印度洋深层经向翻转环流的年际变异及其内在机制研究

Unlike the meridional overturning circulation (MOC) in the Atlantic Ocean, the role of the Indian MOC in the global conveyor belt is far enough investigated. Based on the cruise measurements from repeated trans-ocean 32S section and ocean numerical assimilation products, interannual variability of the Indian deep MOC is investigated in this study. According to dynamical decomposition of the meridional stream function, we try to quantitatively evaluate the relative contributions of external mode, Ekman transport and its compensated barotropic flow and vertical shear consisting largely of thermal wind shear balanced by zonal density gradients, which show different mechanism with that on seasonal time-scale. The study also tries to reveal the role of deep MOC in ocean-atmosphere coupled system in the Indian Ocean. The main interannual modes in the Indian Ocean are focused, in which the responses of the deep MOC under monsoon forcing and corresponding upper-ocean dynamics are examined. The efforts on the deep Indian MOC is helpful to understand how the deep ocean involves the ocean-atmosphere coupled system in the Indian Ocean.

与大西洋经向翻转(MOC)相比，对印度洋MOC在全球大洋输运带中的角色及其表现形式还远远未得到足够的关注。本研究拟利用印度洋32S重复观测断面资料和印度洋区域数值同化产品，基于经向流函数的动力学分解，定量分析年际尺度上影响深层MOC变异的各因子的相对贡献，剖析其与MOC季节变化机制的异同；揭示深海环流在印度洋年际变异过程中的角色，关注印度洋各主要年际模态的发展过程，研究在季风驱动及上层海洋动力学调整背景下深层MOC的响应，导入深层海洋的信息，拓展和丰富印度洋海气耦合系统的细节。

长期以来，探讨热带大洋环流结构和力变异以及其区域气候效应都是地球科学的研究热点问题，而深层大洋的环流变异及其在海气耦合系统中的角色等是此热点问题中的难点。同时，与大西洋经向翻转流（MOC）不同，印度洋MOC在全球大洋输运带中的角色及其表现形式还远远未得到足够的关注。因此，此方面的研究非常急迫和有意义。本项目结合大洋深层环流结构、大洋浅层热力结构、以及热带海洋年际模态的区域气候效应三个方向。首先，分析了印度洋不同层次水体的输运特征，基于大尺度环流的动力分解方法，定量评估了Ekman项、地转项、外模项和余项在不同时间尺度上对深层MOC变异的影响及其在不同同化资料数据中的异同；发现印度洋深层经向翻转环流的结构主要受Ekman输运（季节尺度）和地转项（年际尺度，主要指IOD）控制，六套模式产品在时间平均状态下呈现一致的结构，MOC强度上的差异主要由内区斜压流场强弱和西边界流结构的影响。其次，用一种新的模态分解方法对赤道大洋的温跃层进行分解，得到表征其变化的主要模态，这个方法在CP型El Niño得到有效验证，从全新的角度印证了赤道太平洋洋温跃层过程对El Niño发生发展的重要作用。最后，运用统计分析和模式试验等手段，揭示了印度洋三种主要的热力模态影响南海-西太平洋夏季气候年际变异的作用机制，即“云-辐射”效应、“风-蒸发”效应，春季印度洋的南北不对称模态；在年际尺度上，热带海洋的主要年际模态（太平洋的ENSO模态和印度洋的IOD模态）在区域及全球气候效应方面，具有高度协同性。总之，上层海气变化与深层环流变异可以形成有效的联动，而热带上层海洋环流通过动力输运过程调节海盆尺度的热盐再分配，而海盆尺度的热力结构变异，又可以进一步通过海气相互作用过程，影响着局地和全球气候变化。