南海北部深层环流的观测研究

The deep South China Sea (SCS) circulation plays a significant role in the regional sediment transport, abyssal carbon cycle, and energy exchange, and thus has been a key issue of abyssal science in the deep SCS. So far, many studies have been made to estimate the deep circulation. However, most of the estimations were based on geostrophic calculations and numerical simulations. Tempo-spatial structure of deep SCS circulation is need to be confirmed by long-term and large-scale measurements. Using the CPIES (Current and Pressure recording Inverted Echo Sounder) array observational data in the northern basin of the SCS covering the deep western boundary current region, this project plans (1) to obtain the distribution of deep circulation, temperature, and salinity utilizing Multivariate Optimal Interpolation and Gravest Empirical Mode method; (2) to investigate the tempo-spatial variability of the deep SCS circulation, especially the intraseasonal fluctuations; (3) to examine the roles of mesoscale eddies and topographic Rossby waves on the intraseasonal fluctuations. This project will help address advance research on dynamic process of the SCS and climate change.

南海深层环流是南海物质输送和能量交换的重要载体，对南海沉积搬运及深海碳循环具有重要影响，是南海深海研究中的重要一环。南海深层环流研究正逐步深入，但因受观测难度大等因素的制约，目前对南海深层环流的认识多基于模式、诊断和单一断面的观测结果，仍需大范围、长时间的系统观测对其时空分布特征作进一步分析。本项目拟利用在南海深层西边界流区域的CPIES（配备压力传感器和海流计的倒置式回声仪）阵列观测数据，研究南海北部深层环流在强流区和流速变化显著区的时空分布特征。主要研究内容包括：（1）根据多变量最优插值法和经验地转模态反演南海北部深层环流的流场、温度和盐度的分布；（2）揭示南海北部深层环流的空间结构和变异规律，重点分析季节内变化过程；（3）阐明中尺度涡旋、地形Rossby波等动力过程对南海北部深层环流季节内变化的可能影响。本项目的开展对研究南海的海洋动力过程以及深层环流的气候效应等具有重要的科学意义。

南海深层环流是南海物质输送和能量交换的重要载体，对南海沉积搬运及深海碳循环具有重要影响，是南海深海研究中的重要一环。目前对南海深层环流的认识多基于模式、诊断和单一断面的观测结果，仍需大范围、长时间的系统观测对其时空分布特征作进一步分析。本文基于加载高精度压强传感器和海流计的倒置式回声仪（CPIES）观测阵列获得的长期锚系数据，对南海北部深层流大范围的空间结构和时间变化特征展开研究。.我们于2016年7月和2017年10月分别在南海东北部布放了6台和5台加载高精度压强计和海流计的倒置式回声仪，并于2019年4月完成回收，获得了南海东北部长时间高精度的流场和海底压强时间序列。根据最优插值方法，我们得到了大尺度的深层流流场结构，进而阐明了该区域深层流的空间结构及时间变化规律。总体而言，南海北部深层流沿西边界地形流向西南方向，且离西边界越远，深层流越弱。深层流的西南向流动结构具有夏秋强，冬春弱（甚至消失）的季节变化特征。且深层流在夏秋两季呈现出不同的空间结构，夏季流幅宽，秋季流幅窄且紧贴西边界。在秋季，远离西边界的外围站位能够观测到显著的东北向深层逆流。冬春两季则以跨边界的东西向输运为主，气旋式环流结构不显著。 南海北部深层流中存在显著的40–110天周期的信号，该信号呈西向传播，且阵列的东北侧比西南侧具有更大的相速度和波长，东北侧和西南侧的相速度分别为4.0–4.3 cm/s和1.3–2.2 cm/s，波长分别为260–280 km和80–134 km。通过验证该波动的频散关系，研究发现该波动在地形陡峭的西南海区表现为地形罗斯贝波，通过地形罗斯贝波频散关系计算的群速度方向与观测的标准差椭圆主轴方向相一致，群速度在大部分站位沿地形指向西南方向，而在东北侧，各站位的相速度方向及标准差椭圆主轴方向满足罗斯贝波的频散关系。.本研究基于大范围、长时间、高精度的CPIES阵列观测数据展开，为研究南海深层流提供了新方法，有望进一步提升我们对南海深层流时空分布特征的认知。