热带西太平洋潮致混合及其对深层环流的影响

Internal tide is the primary source of mechanical energy for the diapycnal mixing in the deep ocean, and tidal mixing plays a key role in deep water distribution and deep circulation structure. Tropical Western Pacific Ocean (TWPO) is one of the regions with most energetic internal tide, and deep circulation in the TWPO is an important component of global thermohaline circulation. However, due to the lack of observational data and the defect of numerical models, tidal mixing process and its impact on basin-scale deep circulation system in the TWPO is still unclear. Based on the numerical simulation and energy budget analysis of internal tide, this project will investigate the distribution characteristic of tidal mixing in the TWPO by estimating a three-dimensional climatological field of diapycnal diffusivity induced by both local and remote dissipation of internal tide. Moreover, by implementing the estimated diapycnal diffusivity as a tidal mixing scheme into the regional circulation model of the TWPO and carrying out a series of sensitivity experiments, this project will reveal the individual and combined impact of tidal mixing in different regions of TWPO on the deep circulation within each basin and the deep water transport between them, as well as discuss the associated potential thermodynamic mechanism. Research of this project is of great scientific significance and application value for enriching the knowledge of multi-scale processes and mechanism in the TWPO and developing the regional circulation model of the TWPO.

內潮是深海跨等密度面混合的最主要机械能来源，潮致混合对大洋深层水团分布和环流结构具有至关重要的影响。热带西太平洋是全球內潮能量最丰富的海域之一，其深层环流又是全球热盐环流的重要组成部分。然而，由于观测资料的匮乏和数值模式的缺陷，目前热带西太平洋潮致混合过程及其对海盆尺度深层环流系统的影响尚不清楚。本项目拟基于热带西太平洋內潮的数值模拟和能量收支分析，估算由内潮局地和远程耗散导致的三维气候态跨等密度面扩散率分布场，分析热带西太平洋潮致混合分布特征；另外，将估算的扩散率作为潮致混合方案应用在热带西太平洋环流模式中，通过一系列敏感性实验揭示热带西太平洋不同区域的潮致混合对各海盆内深层环流及海盆间深层水体输运的独立影响和联合作用，并探讨其可能的热动力学机制。本项目研究工作对于丰富热带西太平洋多尺度过程和机制认识以及发展热带西太平洋环流模式具有重要的科学意义和应用价值。

热带西太平洋（TWPO）深层环流是全球热盐环流的重要组成部分，其深层的潮致混合是维持深水层结及经向翻转环流的关键动力过程。然而，由于深海观测的匮乏和深层模拟技术的不足，目前TWPO深层海水的详细状态仍不清楚，潮致混合在其中起到的具体影响和作用尚不确定。本项目首先基于內潮模拟和斜压能量收支分析，估算得到潮致耗散率和潮致跨等密度面扩散率的气候态三维分布场，刻画出东马里亚纳海盆（EMB）、卡罗琳海盆（CB）和菲律宾海（PS）的内潮能量收支特征及潮致耗散和潮致混合的分布特征。继而建立了TWPO区域环流模式，通过采用估算的不同子区域的潮致垂向扩散系数进行了六个模拟实验，揭示出这些子区域潮致混合对深层海洋状态的独立影响和联合作用。最后基于能量转化分析，提出潮致混合影响深层环流的可能热动力学机制。结果表明，局地內潮在EMB和CB中占主导，而远场內潮在PS中占主导。潮致耗散和潮致混合在PS中更强，耗散率和扩散率的量级可分别达到10^-8 W/kg和10^-3–10^-1 m^2/s，比EMB和CB高1-2个量级。EMB潮致混合的独立影响主要是减小局地深层水团的水平梯度，改变局地深层海流分支的位置、方向和强度。CB和PS潮致混合的独立影响主要是避免深层冷水的堆积并维持其较大的水平梯度，决定局地深层的次海盆尺度环流形态，主导邻近区域与局地海盆之间深水输运的方向和强度。整个TWPO区域潮致混合的联合作用主要表现为维持较大的深层水团水平梯度、较强且较复杂的深层环流系统以及较快的深水输运过程。潮致混合能够显著增强深海的正压不稳定性和斜压不稳定性，这可能是其影响深层环流系统的潜在热动力学机制之一。本项目获得的研究结果可以丰富对TWPO深层多尺度动力过程及其相互作用机制的认识，为该区域环流模式提供更合理的深层垂向扩散系数，并为改进深层海洋模拟能力提供依据和参考。