科研进展

安达曼海内潮耗散和潮致混合研究取得新进展

  

  近日,中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室(LTO) 研究员彭世球研究团队在安达曼海内潮耗散和潮致混合研究上取得了重要进展,研究成果发表在最新一期的Journal of Geophysical Research: Oceans《地球物理学研究杂志:海洋》上,合作者包括中山大学于卫东教授、厦门大学刘志宇教授等科学家和学者。 

  由内潮耗散引起的海水垂向混合(简称潮致混合)是海洋内部最重要的物理过程之一,对水团特性、海洋环流、气候变化乃至生态环境等都有重要影响,因此在海洋环流模式中对这一过程的刻画是否准确是影响模式对海洋环流和气候模拟水平的关键之一。另一方面,潮致混合属于微小尺度过程,无法被当前海洋环流模式的网格所分辨,因此必须在模式中对其效应进行参数化处理;而由于缺乏足够观测数据等原因,当前普遍使用的参数化方案(LSJ02)对潮致混合过程的刻画存在很大不足,从而造成海洋模式较大的模拟偏差。因此如何改进潮致混合参数化方案,以提高海洋环流模式的模拟精度,是当前海洋科学研究的前沿课题之一。 

  对历史资料的分析表明,安达曼海海水垂向层结非常弱,与邻近的孟加拉湾强层结特性形成强烈对比,有学者猜测造成这一现象的原因可能是安达曼海强潮致混合所致,然而却一直缺乏观测资料或定量估算的支持。该研究基于较高分辨率(可分辨低模态内波)数值模拟和同时考虑局地与非局地内潮耗散的能量收支分析,首次给出了安达曼海邻近海区的内潮耗散率及潮致混合估算值的三维空间分布(见图1)。研究结果表明,产生于安达曼海西边界岛屿之间的海峡通道附近的内潮传播和耗散对整个安达曼海盆的海水跨等密度面混合起到决定性作用,导致安达曼海盆具有非常强的内潮耗散和潮致混合特征,其垂向积分的耗散率和跨等密度面的扩散分别达到 O(10-2–10 ) W m-2 and O(10-3–10-2) m2 s-1,比邻近的孟加拉湾深海区高1-2个量级,而且与基于安达曼海温盐观测资料利用细尺度参数化估算的结果基本吻合。此外,该研究还表明,当前普遍使用的LSJ02参数化方案由于只考虑了局地内潮耗散作用,对安达曼海的垂向积分内潮耗散率和潮致混合分别低估了2-41-2个量级,凸显了考虑非局地内潮耗散在边缘海(如安达曼海或南海)的内潮耗散和潮致混合参数化中的重要性。 

  该研究成果不仅首次较准确的给出了安达曼海及邻近海区的内潮耗散和潮致混合估算值的三维空间分布,定量阐明了安达曼海与邻近的孟加拉湾海水垂向结构差异的根本原因,为改进当前海洋环流模式中的潮致混合参数化方案提供了科学依据和参考,因此具有重要的科学意义和应用价值。 该研究由国家自然科学基金重点项目、南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)“南海生态环境权益综合研究”项目和人才团队引进重大专项等共同资助完成。 

  相关论文信息:Peng, S., J. Liao, X. Wang, Z. Liu*, Y. Liu, Y.  Zhu, B. Li, S. Khokiattiwong, and W. Yu*, 2021: Energetics Based Estimation of the Diapycnal Mixing Induced by Internal Tides in the Andaman Sea. https://doi.org/10.1029/2020JC016521 

1  基于内潮模拟和能量收分析方法估算的内潮耗散率(a,c)与跨等密度面扩散(b,d)分别沿9.2°N (顶行)和95°E (底行)断面的垂向分布。(b) (d)中灰色线条代表值10-3 m2 s-1