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近日，中国海洋大学“筑峰工程”教授吴立新在国际著名杂志《Nature Geoscience》 上以第一作者身份发表了其团队在南大洋深层能量传递及混合的最新研究成果(Advanced Online Publication, 05/22/2011)。 南大洋在全球海洋与气候系统中起着重要作用。它不仅是全球碳循环重要的汇之一，同时也是全球海洋热量传送带的关键组成部分。热盐环流和气候变化与该海域跨等密度面湍流混合息息相关。因此南大洋湍流混合的研究，已成为当今物理海洋最前沿的科学问题之一。近些年，国际上针对南大洋混合开展了一些大的国际合作研究计划，包括DIMES（Diapycnal and Isopycnal Mixing Experiment in the Southern Ocean）和SOFINE （The Southern Ocean FINE structure project）。但是这些计划主要基于传统的船载观测设备（如CTD和ADCP等），由于南大洋遥远的地理位置和恶劣的气候条件，目前的观测还仅限于少数几个局部区域。 本世纪初开始实施的全球Argo观测计划，是海洋观测史上的一次革命性进展，旨在利用中性浮标获取全球海洋上层2000-m的温盐结构。目前部分新型Argo浮标已经采用铱星卫星通讯系统传送数据，可以返回垂向分辨率为2m的温盐剖面。这些高分辨率的剖面可以分辨细尺度上由内波引起的应变。截止到2010年底，在整个南大洋区域，这些新型浮标已经累计返回约6000个高分辨率剖面，为认识整个南大洋上层混合的时空分布提供了可能。 吴立新教授团队与美国及德国科学家合作率先利用这些新型浮标的观测结果对整个南大洋的上2000m混合进行了研究，发现南大洋的混合存在明显的空间分布不均匀性，在地形平坦处，扩散系数约为，与中纬度大洋内区的观测结果同量级，而在地形粗糙的地方，混合明显加强，扩散系数约为或更大。通过估计能量收支，发现这些增强的混合是由ACC（南极绕极流）而不是正压潮与底地形的相互作用引起的。在地形平坦的地方，湍流混合存在明显的季节变化，这种季节变化信号可以一直向下延伸到1500m处。通过计算风生近惯性能量，发现该处的混合主要是由风生近惯性能量所维持的，而相应的混合的季节变化则是由风生近惯性能量的季节变化所引起的。另一方面，在地形粗糙的地方，湍流混合则不存在明显的季节变化，这主要是由于为该处混合提供能量的ACC不存在明显的季节变化。 该研究首次在国际上较为完整地揭示了整个南大洋上2000-m混合的空间分布和季节变化，提高了对整个南大洋深层能量传递及混合机理的认识，将目前国际上深海混合研究从以间歇性局部的断面调查推向了持续性覆盖全球的观测研究的新时期，为最终利用Argo观测计划来揭示全球深海大洋混合过程及机理，认识深海大洋热盐环流形成及演变, 提高海洋与气候模式深海大洋环流变化的模拟和预测能力带来了希望。 此项研究是海大物理海洋国家基金委创新群体取得的重要研究成果，也是学校“985”三期推行物理海洋教育部重点实验室创新试点工程取得的重要标志性成果之一，标志着我国深海大洋研究正逐步跻身国际前沿。论文作者之一荆钊是海大物理海洋专业一年级研究生，在深海大洋混合方面作出了较为深入的研究，此项研究在一定的程度上表明学校物理海洋研究生培养水平正在逐步提升。 该研究由国家杰出青年基金、973项目和基金委创新群体项目资助。 |