中尺度涡对亚南极模态水和南极中层水的影响研究

The SAMW (Sub-Antarctic Mode Water) and AAIW (Antarctic Intermediate Water) are sub-surface water masses subducted in the Southern Ocean.The formations and transportations of these water masses are important components of global meridional overturning circulation, and these processes are associated with transporting substantial amount of absorbed greenhouse gases to lower latitudes, such as CO2, and Chlorofluorocarbons and so on. The subductions and transportations of the SAMW and AAIW are all influenced by dynamic and thermodynamic processes of mesoscale eddies. This project will focus on investigating the impacts of mesoscale eddies on the subductions and transportations of the SAMW and AAIW in the Southern Ocean, through analysing simulated results from a high resolution Global Ocean General Circulation Model, and through analysing best available in situ observational data and satellite altimetry data. 　　This project will mainly examine the following: 1) the influences of mesoscale eddy heat diffusion on the winter mixed layer depth in the Antarctic Circumpolar Current region; 2) the relationship between water mass properties of the SAMW and AAIW and mesoscale processes; 3) the dynamical influence of mesoscale eddies on the subductin rate in the Southern Ocean; 4) the role of mesoscale eddies in the meridional transport of the SAMW and AAIW in each basin of the Southern Ocean. This project will help us understand the formations, transportations, and water mass property changes of the SAMW and AAIW. This project can thus contribute to increasing our ability to predict the future global environmental changes.

亚南极模态水和南极中层水是南大洋潜沉过程中生成的次表层水团。它们的生成和输运过程是全球经向翻转流的重要组成部分，同时也吸收并输运大量的二氧化碳和氯氟碳等温室气体至低纬度的副热带环流圈,这些过程都会受到中尺度涡动力和热力的显著影响。本项目拟用高分辨率的全球海洋环流模式，结合海洋现场观测和卫星遥感观测数据，研究中尺度涡对南大洋亚南极模态水和南极中层水生成和输运的影响。 　　本项目将重点研究一下内容：1）中尺度涡的热扩散效应对南极绕极流流域晚冬混合层的影响；2）亚南极模态水和南极中层水水团物理性质变异与中尺度涡的联系；3）揭示中尺度涡对潜沉率的动力学影响机理；4）研究亚极地模态水和南极中层水的径向输运过程中中尺度涡的极向体积输运过程。本项目研究对深入理解南大洋的潜沉过程和次表层水团性质变异及其输运路径，提高对未来环境变化的预测能力具有重要意义。

我们首先基于政府间气候变化第四次评估报告,并结合海洋观测再分析数据，研究了在全球变暖的背景下，全球海洋潜沉率的响应过程，并初步诊断了影响全球海洋潜沉率变化的主要因素和及其物理机制。随后基于一个涡分辨率的全球海洋环流模式，在融合了中尺度涡旋的动力学和热力学过程后，定量的诊断了南大平洋中高纬度的亚南极模态水（Sub-antarctic Mode Water，SAMW）和南极中层水（Antarctic Intermediate Water，AAIW）的潜沉率对两种极端气候背景的响应。.研究表明,在气候变暖的背景下，全球海洋潜沉率以显著降低为其主要特征，其中尤以SAMW和AAIW的响应最为强烈。其中控制全球潜沉率的主要因素是潜沉过程中平流项的影响，而且与晚冬混合层的变浅息息相关。在融合了中尺度涡旋的动力学和热力学过程之后，我们发现在南极涛动为正位相年份的期间，SAMW和AAIW的生成率要明显大于其在南极涛动为负位相的年份。这意味着在融合了中尺度涡旋后，南大洋中高纬度的海洋通风过程有着显著的动力学和热力学变异。而且在全球变暖的背景下，SAMW和AAIW生成率的增加也可能会在未来起到抑制全球变暖的效果，进而对全球变暖的停滞做出一定的贡献。.研究验证了在全球海洋的各种潜沉水团中，SAMW和AAIW的对全球变暖的响应是最为强烈。由于SAMW和AAIW能够反应出发源过程中海洋和大气的变化，它们的生成和输运也是全球经向翻转流的重要组成部分，并为海洋次表层提供营养盐，热量，淡水和二氧化碳，因此充分认识SAMW和AAIW的演化机制对理解全球气候系统中的海气相互作用过程、水团的形成与销蚀和气候系统的年际、年代际变化具有重要意义。南大洋中潜沉过程最为强烈的海域在南太平洋，而且这里的南极绕极流中富含中尺度涡旋，所以海洋通风也强烈受到海洋中尺度涡旋的动力学和热力学影响。我们的研究首次融合了中尺度涡旋在南太平洋潜沉率中的影响，并发现该海域的潜沉过程可能会对全球变暖停滞的气候现象起到一定的积极贡献。这恰好与近年来最新的国际气候热点问题相契合，对理解新的全球气候变化背景具有重要意义。