越南以東偶極子的動(dòng)力特性及演變機(jī)制研究進(jìn)展

曹茹雪, 劉昭君, 朱小華

越南以東偶極子的動(dòng)力特性及演變機(jī)制研究進(jìn)展

曹茹雪1, 2, 劉昭君2, 朱小華1, 2

(1. 浙江大學(xué)海洋學(xué)院, 浙江 舟山 316021; 2. 自然資源部第二海洋研究所 衛(wèi)星海洋環(huán)境動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 浙江 杭州 310012)

夏季, 越南以東海域經(jīng)常出現(xiàn)一對(duì)氣旋渦和反氣旋渦, 被稱為越東偶極子(dipole off eastern Vietnam, DEV)。在DEV之間有一支東向離岸急流(eastward offshore jet, EOJ)。DEV-EOJ能顯著提高該海域葉綠素濃度并改變浮游植物結(jié)構(gòu)分布。DEV一般于夏季產(chǎn)生, 秋季消亡, 其氣旋渦中心低溫高鹽, 反氣旋渦中心高溫低鹽。DEV-EOJ的生消機(jī)制與西南季風(fēng)密切相關(guān), 同時(shí)也受到厄爾尼諾-南方濤動(dòng)(El Ni?o-Southern oscillation, ENSO)等大洋尺度大氣變化影響。目前, 雖然對(duì)DEV-EOJ已取得一定認(rèn)識(shí), 但仍有下述問題亟待解決: 1) DEV對(duì)南海中層動(dòng)力和生態(tài)環(huán)境的影響; 2) DEV對(duì)南海西南部深層環(huán)流的作用; 3) 大尺度海氣現(xiàn)象影響DEV-EOJ的過程及動(dòng)力機(jī)制。建議開展長期的大面積同步陣列觀測(cè)解決以上懸而未決的科學(xué)問題。

南海; 中尺度渦; 離岸急流; 海氣作用

南海位于98.5°E～122.5°E, 0°N～24.5°N, 自然海域面積約3.5×106km2, 平均水深約2 000 m, 最大水深約5 500 m。南海在交通、國防、能源等戰(zhàn)略上具有舉足輕重的地位。加深對(duì)南海海洋動(dòng)力環(huán)境的認(rèn)知有助于中國資源開發(fā)和海洋安全保障。

南海動(dòng)力環(huán)境以伴隨多渦結(jié)構(gòu)的環(huán)流為主要特征。受東亞季風(fēng)、復(fù)雜地形和黑潮入侵等多要素作用, 南海流系復(fù)雜多變且中尺度渦頻發(fā)[1-5]。通過衛(wèi)星海面高度計(jì)1993—1999年月平均海面高度異常(the sea surface height anomaly, SSHA)數(shù)據(jù)分析得到, 南海環(huán)流按季節(jié)可分為四個(gè)階段[1]。通常6月起盛行西南季風(fēng), 8月左右為季風(fēng)轉(zhuǎn)換期, 9月起盛行東北季風(fēng), 至次年4月逐漸消失[6-8]。夏季南海北部正風(fēng)應(yīng)力旋度和南部負(fù)風(fēng)應(yīng)力旋度分別驅(qū)動(dòng)了南海上層氣旋式環(huán)流和反氣旋式環(huán)流[9-10], 產(chǎn)生了南海北部向南的西邊界流和南部向北的西邊界流, 兩者于越南中部海岸附近(約12°N處)交匯后向東延伸, 形成東向離岸急流(eastward offshore jet, EOJ)[11-15]。EOJ是夏季南海表層環(huán)流的一個(gè)重要標(biāo)志[16], 它顯著提高了該海域的初級(jí)生產(chǎn)力和生物泵效率[17-21]。

南海存在著大量中尺度渦, 近年來得到了國內(nèi)外海洋學(xué)者的高度重視。南海中尺度渦不僅蘊(yùn)含著大量動(dòng)能, 影響著海洋溫鹽結(jié)構(gòu)和流場(chǎng)分布, 而且通過水體交換對(duì)營養(yǎng)鹽、熱能輸送起著重要驅(qū)動(dòng)作用。自20世紀(jì)末以來, 衛(wèi)星海面高度計(jì)數(shù)據(jù)的廣泛應(yīng)用極大地推動(dòng)了南海中尺度渦的研究。南海中尺度渦具有顯著的區(qū)域性和季節(jié)性特點(diǎn), 基本分布在東北-西南方向、寬約為450 km的條帶范圍內(nèi), 尤其集中于南海東北部和越南以東。在夏季越東海區(qū)的中尺度渦尤為活躍[22-24], 且該海區(qū)最先對(duì)季風(fēng)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生響應(yīng)[25]。在越東海區(qū), 常出現(xiàn)一對(duì)南暖北冷且周期性變化的中尺度渦——越東偶極子(dipole off eastern Vietnam, DEV)。DEV與該海區(qū)其他中尺度渦的主要區(qū)別在于: 1) 于越南以東海區(qū)局地產(chǎn)生; 2)持續(xù)時(shí)間大于一個(gè)月; 3) 當(dāng)DEV充分發(fā)展時(shí), 冷暖渦緯向直徑均不小于150 km; 4) 該渦對(duì)結(jié)構(gòu)幾乎每年都會(huì)出現(xiàn)[26]。

EOJ從DEV之間流過并向東延伸, 兩者呈現(xiàn)“三明治”結(jié)構(gòu)。徐錫幀等人[11]最初基于歷史水文數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn), 夏季越南以東沿岸表層冷水有向東延伸的趨勢(shì), 且伴隨一支東向急流。多年現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料表明, 在急流強(qiáng)鋒面南側(cè)(112.5°E, 11.5°N)存在一暖渦[11], 被稱為越南暖渦[15, 27], 其影響深度可達(dá)500 m[28]。Levitus數(shù)據(jù)顯示, 在急流北側(cè)(111°E, 13.5°N)約100 m深處, 存在一中心溫度低于17 ℃的冷渦, 被稱為越南冷渦[29]。通過對(duì)風(fēng)場(chǎng)與海面高度進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)(empirical orthogonal function, EOF)分析, 發(fā)現(xiàn)DEV、EOJ與風(fēng)應(yīng)力旋度三者緊密相關(guān)[13]。EOJ和DEV中反氣旋渦的出現(xiàn), 標(biāo)志著夏季南海上層穩(wěn)定環(huán)流的形成[30]。

DEV-EOJ對(duì)南海西南部海洋環(huán)流系統(tǒng)乃至整個(gè)南海生物地球化學(xué)過程產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。本文將綜述海洋學(xué)者在DEV-EOJ上取得的研究進(jìn)展, 主要針對(duì)水文時(shí)空分布特征、動(dòng)力機(jī)制及其與南海環(huán)流之間的關(guān)系等方面進(jìn)行梳理, 最后對(duì)DEV-EOJ的研究進(jìn)行展望并提出建議。

1 DEV-EOJ空間分布特征

根據(jù)前人研究, 我們可將DEV和EOJ看作一個(gè)急流-偶極子系統(tǒng)(jet-eddies system), 這一整體主要包括3個(gè)物理過程(如圖1所示): 1) EOJ的東北向水平輸送; 2) 氣旋/反氣旋渦中心的輻散/輻聚; 3) 在氣旋/反氣旋渦旋中存在的上升流/下降流[20]。

我們使用1993—2015年9月的平均混合坐標(biāo)海洋模型(hybrid coordinate ocean model, HYCOM)再分析數(shù)據(jù), 給出了DEV 100 m深處溫鹽結(jié)構(gòu)分布和海面高度分布(圖2)?？梢钥吹? 鼎盛時(shí)期的冷暖渦在上層中心大致位于111°E, 13°N和111.5°E, 10°N。EOJ在DEV渦對(duì)之間并東北向延伸, 大致位于110°E～ 113°E, 12°N[16]。從聲學(xué)多普勒流速剖面儀(acoustic Doppler current profiler, ADCP)測(cè)流數(shù)據(jù)看, EOJ表層最大流速達(dá)120 cm/s, 平均流速約50～60 cm/s。根據(jù)1.5層約化模式估算, EOJ年平均流量約為1.7～ 2.5 Sv (1 Sv=1×106m3·s－1)[16, 31]。EOJ將攜帶豐富營養(yǎng)鹽的沿岸上升流向東輸送至南海海盆[14], 顯著提升了該海區(qū)初級(jí)生產(chǎn)力[20, 32]。

圖1 夏季南海西南部的急流-越東偶極子系統(tǒng)概念圖(修改自Liang等[20])

圖2 1993—2015年9月平均HYCOM再分析數(shù)據(jù)

注: 白色部分表示深度淺于100 m

當(dāng)DEV充分發(fā)展時(shí), 冷渦顯著抬升溫躍層而暖渦使溫躍層下沉, 此時(shí)冷渦與暖渦中心溫躍層深度差可達(dá)60 m以上[33]。在該海域上層100 m, 活性鋁(reactive aluminum)濃度在冷渦處明顯低于暖渦, 且與葉綠素和硅酸鹽(silicate)濃度分布相反[19], 這與冷暖渦中存在的升降流密切相關(guān)。

在垂向上, EOJ能向下延伸數(shù)百米[15, 26, 34], 自次表層(50～100 m)起, 隨著深度增加, 冷暖渦中心溫鹽差逐漸減少, DEV對(duì)溫鹽結(jié)構(gòu)的影響不斷減弱, 對(duì)溫度最大影響深度可達(dá)400 m, 相較之下對(duì)鹽度的影響在100 m處已太不明顯[20, 34]。從DEV冷渦的三維結(jié)構(gòu)(圖3)看, 其內(nèi)部溫度、渦度和垂向速度的空間分布均呈現(xiàn)明顯不對(duì)稱性, 且三者中心不重合, 溫度最低點(diǎn)位于渦度最大值點(diǎn)的西北側(cè)。等溫線和渦度在冷渦中心呈向上凸起的三維結(jié)構(gòu), 垂向流速在冷渦東南方向(靠近暖渦)最大, 冷渦中既有向上也有向下的垂向速度, 靠近暖渦處的垂向速度大體向下。該渦內(nèi)垂向運(yùn)動(dòng)的不均勻主要是由非線性作用引起的非地轉(zhuǎn)速度導(dǎo)致, 但具體動(dòng)力機(jī)制還有待研究[34]。從三維結(jié)構(gòu)中還發(fā)現(xiàn), 冷渦中心軸線向西南方向傾斜。南海北部中尺度渦也存在這一特點(diǎn), 其原因是地形β效應(yīng)的“牽引作用”[4, 35-36]。目前已有的DEV中上層三維結(jié)構(gòu)在位置和溫鹽結(jié)構(gòu)上基本相似, 但也在DEV影響深度、表層鹽度分布特征、EOJ方向等方面存在一定差異[20, 26, 34], 這可能是各研究的觀測(cè)年份不同所致。

圖3 DEV中冷渦(a)溫度(℃), (b)渦度(10–5 s–1)和(c)垂向速度(10–5 m·s–1, 向上為正)的三維結(jié)構(gòu)(0～500 m)[34]

注: 數(shù)據(jù)來源于2014年8月29日—9月27日57個(gè)CTD (conductivity-temperature-depth)剖面, 黑色等值線表示用來定義渦旋范圍的–0.2w線(w是Okubo-Weiss參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差, –0.2w代表冷渦中心的閾值)

由于缺乏DEV-EOJ海區(qū)中深層觀測(cè)資料, 使得深層結(jié)構(gòu)和動(dòng)力過程的研究尚屬空白。已有研究表明, 南海較強(qiáng)中尺度渦在垂向上可延伸至近海底, 對(duì)深層物質(zhì)輸運(yùn)和深層環(huán)流具有重要影響[35-38]。因此, DEV-EOJ對(duì)該海區(qū)深層動(dòng)力環(huán)境的影響也是將來研究的重要方向。

2 DEV時(shí)間變化規(guī)律

2.1 年際變化

DEV具有年際變化周期[10, 26, 39], 每3.6和5.6 a DEV結(jié)構(gòu)會(huì)異于正常年份(圖4)[33], 例如: 1) 冷暖渦旋的位置出現(xiàn)偏移, 如1998年暖渦位置北移, 冷渦被擠到更北位置; 2) DEV出現(xiàn)和消亡時(shí)間提前或延遲, 如2007年偶極子9月中旬才出現(xiàn); 3) DEV結(jié)構(gòu)不清晰甚至消失, 如2010年。DEV的這種年際變化特征與厄爾尼諾—南方濤動(dòng) (El Ni?o-Southern oscillation, ENSO)有著一定聯(lián)系[30-31, 40-41], DEV結(jié)構(gòu)在1994—1995年厄爾尼諾(El Ni?o)期間不明顯甚至消失[12], 而在1999年夏季特別明顯[42]。

圖4 不同年份的越東偶極子結(jié)構(gòu)[39]

注: 第一行圖中的顏色表示100 m深處的溫度。其他圖中顏色、黑色箭頭分別表示渦中心海面高度異常(sea level anomaly, SLA)和地轉(zhuǎn)流異常。白色等值線和黑點(diǎn)表示100 m深處的溫度等值線和觀測(cè)站位

2.2 季節(jié)性變化

DEV一般于夏季產(chǎn)生冬季消失, 具有顯著的季節(jié)變化特性[31, 33]。以1997年DEV為例(圖5), 通常情況下, DEV在6月底到7月初于越南以東海區(qū)產(chǎn)生, 此時(shí)冷暖渦中心分別位于110°E～111°E, 12°N～13°N和110°E～111°E, 9°N～10°N, 且DEV越強(qiáng), DEV中心位置越靠東[39]。渦中心海面高度異常(sea level anomaly, SLA)約為±8 cm。隨即DEV向東擴(kuò)展并逐漸增強(qiáng), 直到8—9月達(dá)到最大, 此時(shí), 緯向直徑可達(dá)400 km, 冷渦和暖渦中心SLA分別可達(dá)–20 cm和20 cm, 中心溫差達(dá)10 ℃以上。在9月下旬到10月初, DEV強(qiáng)度逐漸變?nèi)?。反氣旋渦向南移動(dòng), 半徑和影響深度逐漸減小直至消失, 冷渦在隨后的1～2 d內(nèi)也快速消散, 直至10月底DEV完全消失[26, 34]。

2.3 季節(jié)內(nèi)變化

高時(shí)空分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)的運(yùn)用, 使人們意識(shí)到在夏季越東海區(qū)動(dòng)力現(xiàn)象還存在著季節(jié)內(nèi)波動(dòng)。印度—太平洋暖池和南亞上空行星尺度的大氣對(duì)流, 通過大氣通道引起南海夏季風(fēng)場(chǎng)的季節(jié)內(nèi)變化, 同時(shí)受安南山脈阻擋, 使得越東海區(qū)東向風(fēng)速增強(qiáng), 顯著影響該海區(qū)營養(yǎng)鹽和生物量的分布[43]。作為印度洋和太平洋熱帶地區(qū)顯著東向傳播的季節(jié)內(nèi)(30～ 60 d)振蕩, 馬登-朱利安振蕩(Madden Julian oscillation, MJO)促使南海西風(fēng)增強(qiáng), 引起越東海區(qū)海表溫度降低, 增加DEV-EOJ強(qiáng)度, 同時(shí)提高葉綠素濃度, 是南海風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)生季節(jié)內(nèi)變化的主要因素。厄爾尼諾年之后上述季節(jié)內(nèi)振蕩減弱, 強(qiáng)厄爾尼諾年后上述季節(jié)內(nèi)振蕩還會(huì)消失[44-45]。

圖5 1997年海面高度異常[26](單位: cm)

注: 單位: cm, 等值線間距為5 cm。其中淺于100 m的海區(qū)數(shù)據(jù)用白色掩蓋；圖中箭頭指示為越東偶極子

3 DEV演變的動(dòng)力機(jī)制

3.1 季風(fēng)作用

東亞季風(fēng)對(duì)DEV的演變起決定性作用, 季風(fēng)變化是DEV季節(jié)性變化的主導(dǎo)因素。南海環(huán)流的動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)生在季風(fēng)最強(qiáng)時(shí)期之后約40 d(羅斯貝波西傳導(dǎo)致的延遲), 且越東海域SSHA是南海最先響應(yīng)風(fēng)場(chǎng)變化的海域, 因此可用南海風(fēng)場(chǎng)情況和環(huán)流結(jié)構(gòu)來預(yù)測(cè)DEV的強(qiáng)度和生消時(shí)間[25, 46]。

觀測(cè)和模式結(jié)果均表明, DEV-EOJ的演變主要受局地風(fēng)應(yīng)力旋度場(chǎng)的強(qiáng)度和分布特征調(diào)控[17, 46-47]。因風(fēng)應(yīng)力旋度場(chǎng)和地形作用, 南海上層形成北側(cè)南向西邊界流和南側(cè)北向西邊界流, 由于南北西邊界流慣性作用產(chǎn)生的渦度輸送, 形成了DEV結(jié)構(gòu)[46]。DEV開始消散時(shí)南海正值西南季風(fēng)向東北季風(fēng)轉(zhuǎn)換的季風(fēng)交替時(shí)期, 風(fēng)應(yīng)力旋度的減弱無法繼續(xù)維系DEV的存在[20, 26, 28, 46]。

3.2 ENSO影響

ENSO在很大程度上導(dǎo)致了南海的季風(fēng)異常。正常年份南海夏季盛行西南季風(fēng), EOJ偏南; 在大多數(shù)厄爾尼諾年, 南海夏季西南季風(fēng)異常減弱, 北部負(fù)風(fēng)應(yīng)力旋度很弱導(dǎo)致氣旋渦不能充分發(fā)展, 此時(shí)EOJ偏北[10, 26, 31]。當(dāng)發(fā)生強(qiáng)厄爾尼諾事件時(shí), 氣旋渦甚至消失[13, 17]。此時(shí)反氣旋渦仍然存在, 說明ENSO對(duì)DEV中氣旋渦的產(chǎn)生具有抑制影響, 也進(jìn)一步說明氣旋渦和反氣旋渦的形成機(jī)制有一定區(qū)別[47]。

也有學(xué)者利用三維物理-生物地球化學(xué)模式(three- dimensional physical-biogeochemical model)和SLA, 對(duì)15 a(1993—2007年)南海中尺度渦分布特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析, 認(rèn)為南海中尺度渦與ENSO之間沒有必然聯(lián)系[23-24]。但目前更多學(xué)者認(rèn)為, 在厄爾尼諾年向拉尼娜年轉(zhuǎn)變期間, 是風(fēng)場(chǎng)的變化導(dǎo)致了DEV消失, DEV的消失可作為預(yù)測(cè)ENSO終結(jié)的一個(gè)潛在指標(biāo)[39]。當(dāng)然, 在探討年際變化周期問題時(shí), 以上研究中用到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)時(shí)間跨度太短, 無法確切說明ENSO對(duì)DEV的影響。

3.3 地形作用

受中南半島山脈阻擋, 西南季風(fēng)在越東海域引起東向風(fēng)急流和正風(fēng)應(yīng)力旋度。越東海底地形同樣復(fù)雜且梯度大, 有一自西向東的深槽, 根據(jù)位渦守恒公式, 隨著深度變深, 位渦增加, 隨即產(chǎn)生相對(duì)正渦度, 促使氣旋渦的產(chǎn)生和維持。東向風(fēng)急流和海底地形共同作用導(dǎo)致沿岸流離岸形成EOJ, 越南離岸流是季風(fēng)轉(zhuǎn)換的重要信號(hào), 且對(duì)DEV的產(chǎn)生和強(qiáng)度起關(guān)鍵作用[25, 48-49]。研究結(jié)果表明, 沿岸急流的離岸一定程度上導(dǎo)致了渦對(duì)產(chǎn)生, 氣旋渦是越南沿岸分離出的EOJ再循環(huán)的一部分[34, 48]。高分辨率FVCOM模擬結(jié)果顯示, 南向浮力驅(qū)動(dòng)的沿岸流和北向潮致余流匯合后導(dǎo)致了沿岸急流的離岸[50]。另外, 海底地形的作用也可能導(dǎo)致DEV消亡。旋渦在經(jīng)過海底陡峭陸坡時(shí)發(fā)生擾動(dòng), 能量從中尺度向次中尺度過渡, 是南海中尺度渦耗散的主要機(jī)制[4, 36, 51]。

3.4 氣候事件遙相關(guān)

太平洋和印度洋的海氣耦合過程通過“大氣通道”對(duì)DEV強(qiáng)度、形態(tài)及周期性變化起調(diào)控作用[18, 34]。例如, 2007年8月印度洋偶極子(Indian Ocean dipole, IOD)和拉尼娜(La Ni?a)事件共同增強(qiáng)了南海西南季風(fēng), 從而使DEV大幅度增強(qiáng)[18]。同時(shí)MJO能引起南海風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)季節(jié)內(nèi)波動(dòng), 增強(qiáng)夏季DEV強(qiáng)度的同時(shí)顯著提高沿岸流和EOJ海域的初級(jí)生產(chǎn)力[43-44]。此外, 像熱帶風(fēng)暴這樣的天氣過程也能在短期內(nèi)顯著增加西風(fēng)風(fēng)速(>14 m/s), 引起海表溫度變低, 但其持續(xù)時(shí)間短且不能引起葉綠素濃度明顯變化[18]。

4 討論

隨著衛(wèi)星數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料增多, 對(duì)DEV- EOJ已取得一定認(rèn)識(shí)。本文綜述了DEV-EOJ空間分布規(guī)律、周期性變化和動(dòng)力機(jī)制等方面的研究。這些研究雖然在其動(dòng)力特征、變化規(guī)律和形成機(jī)制等方面取得一定進(jìn)展, 但仍存在DEV-EOJ實(shí)測(cè)資料在時(shí)空尺度不足、動(dòng)力機(jī)制認(rèn)識(shí)不全、氣候事件影響程度不明、對(duì)生化過程影響不清等問題, 以下逐一分析探討。

4.1 DEV-EOJ中深層結(jié)構(gòu)

目前DEV-EOJ中深層結(jié)構(gòu)的觀測(cè)不全面、模擬不準(zhǔn)確, 導(dǎo)致缺乏對(duì)其產(chǎn)生、發(fā)展和消亡過程的認(rèn)識(shí)不足。另外, DEV與南海西南部中深層海洋動(dòng)力環(huán)境的關(guān)系、DEV渦對(duì)之間的關(guān)系、DEV空間分布上的不對(duì)稱性、DEV中心軸線傾斜原因、羅斯貝波在DEV生消過程中的作用等科學(xué)問題, 都有待更全面的觀測(cè)資料和更高分辨率的模式解決。

4.2 DEV-EOJ形成與耗散機(jī)制

風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)改變引起沿岸急流的分離與非線性導(dǎo)致的渦度輸送是DEV形成的關(guān)鍵動(dòng)力機(jī)制[25, 34, 48-50]。目前關(guān)于越東沿岸急流的分離機(jī)制眾說紛紜, 有些學(xué)者認(rèn)為主要受風(fēng)應(yīng)力、非線性輸送和海底地形影響[25, 34, 48-49], 也有學(xué)者認(rèn)為南向浮力驅(qū)動(dòng)的沿岸流和北向潮致余流匯合后導(dǎo)致了沿岸急流的分離[50]。該海域內(nèi)部非線性過程多變, 上述機(jī)制多基于模式研究, 準(zhǔn)確性有待驗(yàn)證。此外, 目前認(rèn)為季風(fēng)轉(zhuǎn)換導(dǎo)致風(fēng)應(yīng)力旋度減弱和海底地形導(dǎo)致能量向次中尺度過程轉(zhuǎn)換是DEV消亡的主要機(jī)制。那么, 這些過程對(duì)DEV局地形成及耗散的影響程度有大？DEV在耗散過程中EOJ如何變化？冷暖渦耗散機(jī)制是否相同？這些都成為值得討論的問題。

4.2.1 氣候事件對(duì)DEV的影響

氣候事件通過“大氣通道”改變南海上層風(fēng)場(chǎng), 影響中上層海洋動(dòng)力過程, 從而影響DEV-EOJ周期和強(qiáng)度。太平洋ENSO對(duì)DEV特別是冷渦的產(chǎn)生起到抑制效果[30-31, 40-41]; 拉尼娜事件和印度洋正IOD共同增強(qiáng)西風(fēng)風(fēng)場(chǎng)從而顯著提高DEV強(qiáng)度[18]; 熱帶赤道地區(qū)MJO引發(fā)DEV 30～60 d季節(jié)內(nèi)振蕩[44-45]。但由于風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)同時(shí)受多種因素作用, 難以確切指出某一氣候事件具體影響情況。且已有的研究中海氣數(shù)據(jù)時(shí)間序列較短, 因此各大洋氣候變化對(duì)DEV年際變化周期影響程度和動(dòng)力機(jī)制還不能定量說明, 因而, 需加強(qiáng)中國在海洋-大氣同步觀測(cè), 結(jié)合更多DEV-EOJ和大尺度海氣實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作進(jìn)一步研究。

4.2.2 DEV對(duì)海洋生物地球化學(xué)過程的影響

DEV-EOJ通過影響水團(tuán)特性、營養(yǎng)鹽供給、初級(jí)生產(chǎn)力等方式實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋生物地球化學(xué)過程的調(diào)控, 顯著影響該海域生物量及其空間分布[17-21, 32]。在中上層, EOJ和氣旋渦伴生的上升流將營養(yǎng)物質(zhì)帶到貧營養(yǎng)化的南海內(nèi)部, DEV通過影響活性鋁和營養(yǎng)鹽等微量元素的垂向分布來調(diào)節(jié)初級(jí)生產(chǎn)力和生物群落結(jié)構(gòu)。在底層, DEV有可能引起海底沉積物的搬運(yùn), 因此還需定量分析DEV對(duì)南海西部深層生源顆粒物輸運(yùn)、生物地球化學(xué)通量和生物泵強(qiáng)度調(diào)控機(jī)制等問題。

雖然衛(wèi)星觀測(cè)的應(yīng)用推動(dòng)了海洋動(dòng)力研究的發(fā)展, 但是獲得海洋中深層動(dòng)力過程和季節(jié)內(nèi)變化等小尺度現(xiàn)象還需要更高時(shí)空分辨率的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料。DEV-EOJ的研究任重道遠(yuǎn), 需要高分辨率的三維模型和更先進(jìn)的海洋觀測(cè)手段。CPIES(current-pressure equipped inverted echo sounder)配有壓力計(jì)、海流計(jì)、溫度計(jì), 是錨系于海底的海洋觀測(cè)儀器。CPIES觀測(cè)陣列可得到觀測(cè)海域2～5 a全水深海洋動(dòng)力參數(shù)分布[52]。該方法突破了以往船測(cè)觀測(cè)的時(shí)空局限性, 較于衛(wèi)星數(shù)據(jù), 分辨率和精度更高, 已成功應(yīng)用于多個(gè)渦旋的觀測(cè), 獲得了一系列研究成果[53-57]。若將CPIES陣列與沉積物捕獲器運(yùn)用在DEV-EOJ海域, 進(jìn)行聯(lián)合組網(wǎng)觀測(cè), 將有望取得創(chuàng)新性進(jìn)展。

南海的西邊界流、沿岸上升流、EOJ和DEV等構(gòu)成了豐富多彩的海洋動(dòng)力系統(tǒng)。加深對(duì)DEV-EOJ的研究對(duì)深入認(rèn)識(shí)整個(gè)南海海洋動(dòng)力過程和生態(tài)系統(tǒng)具有重要的科學(xué)意義。

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Overview of the studies on the dynamics of the dipole off eastern Vietnam and its mechanisms

CAO Ru-xue1, 2, LIU Zhao-jun2, ZHU Xiao-hua1, 2

(1. Ocean College, Zhejiang University, Zhoushan 316021, China; 2. State Key Laboratory of Satellite Ocean Environment Dynamics, Second Institute of Oceanography, Ministry of Natural Resources, Hangzhou 310012, China)

During summer, cyclonic and anticyclonic eddies typically occur pairwise as a dipole off eastern Vietnam (DEV); moreover, an eastward offshore jet (EOJ) exists between the DEV. The DEV–EOJ can substantially increase the chlorophyll concentration and alter the phytoplankton distribution in the region. The DEV generally occurs in the summer and dissipates by autumn. At the center of the cyclonic eddy, the salinity is high, and the temperature is low; at the center of the anticyclonic eddy, the salinity is low, and the temperature is high. The generation and dissipation of the DEV–EOJ are closely related to the southwest monsoon and are also affected by the El Ni?o–Southern Oscillation (ENSO) and other basin-scale atmospheric changes. Although the DEV–EOJ have been previously studied, the following issue persists: the influence of DEV on 1) the dynamic and ecological environment in the middle layers of the South China Sea, 2) the deep circulation in the southwest South China Sea, and 3) the effects of ocean–atmosphere interactions on the process and dynamic mechanism of the DEV–EOJ. Thus, long-term large-area synchronous-array observations will help address these concerns.

South China Sea; mesoscale eddy; offshore jet; ocean–atmosphere interactions

Aug. 5, 2020

P73

A

1000-3096(2022)12-0201-10

10.11759/hykx20200805002

2020-08-05;

2021-04-06

國家自然科學(xué)基金(41906023, 41920104006); 自然資源部第二海洋研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)(JZ2001)

[National Natural Science Foundation of China, Nos. 41906023, 41920104006; Scientific Research Fund of SIO, No. JZ2001]

曹茹雪(1995—), 女, 安徽阜陽人, 碩士研究生, 主要從事物理海洋學(xué)研究, E-mail: 21834093@zju.edu.cn; 朱小華(1963—),通信作者, 研究員, 主要從事物理海洋觀測(cè)研究工作, E-mail: xhzhu@sio.org.cn

(本文編輯: 楊 悅)