科研进展

挑战者深渊环流研究取得进展

  

  挑战者深渊是世界上最深的深渊。它作为海洋深层的关键通道,对大洋深层水自南大洋向西北太平洋的输送具有重要意义,同时深渊自身通过垂向混合实现与上层深海的水体和物质交换。由于现场观测的匮乏,目前对于挑战者深渊深层环流结构和深层水通量的认识还存在很大的不足。中科院深海所海洋环流观测与数值模拟研究室联合中科院沈自所水下机器人研究室于20189月在挑战者深渊利用7000级“海翼”水下滑翔机开展了连续观测(图1)。通过解析观测的高分辨率水文资料,揭示了挑战者深渊中深层水团和环流的三维结构并研究了当地上层海洋对过境台风的热力学响应。 

  基于“海翼”滑翔机观测的高分辨率水文资料,研究人员分析了深渊中深层水团特性、环流结构以及流经深渊的深层水流量。发现挑战者深渊中的深层水团和环流存在复杂的三维结构(图2)。水团结构为近似三层分布,从3000米至7000米,先从东北-西南分布型变成南-北分布型,而后逐渐变成东-西分布型;这种结构可能由地形导致的水体抬升、平流以及混合扩散过程共同作用形成。深层环流主要为随深度减弱的西向流,且存在较大的深层水通量流经深渊。该研究结果有助于更全面地认识挑战者深渊的水文状况。相关研究成果(研究论文“Ocean circulation in the Challenger Deep derived from super-deep underwater glider observation”)已在国际知名地学期刊《Geophysical Research Letters》在线发表。徐洪周研究员为论文的通讯作者,博士生江会常为论文的第一作者。 

  在观测期间,“海翼”滑翔机还捕捉了当地上层海洋对三个过境台风(山竹,谭美,康妮)的热力学响应过程(图3a)。研究人员发现,在台风期间,海洋上混合层的降温为0.5-0.7?C,强风导致了混合层的层结破坏与再生成,太阳辐射及近惯性振荡等其他过程也造成了混合层的振荡(图4)。研究人员还发现了台风期间两种分别由局地降水机制和平流机制导致的障碍层,强风强降水的同步还会造成的海洋障碍层的高频变化。相关研究成果(研究论文Response of the upper ocean to tropical cyclone in the Northwest Pacific observed by gliders during fall 2018”)发表在知名期刊《Acta Oceanologica Sinica》上。徐洪周研究员为论文的通讯作者,硕士生倪泽楷为论文的第一作者。 

  该研究工作得到了科考船“探索一号”、国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院战略重点研究计划、中科院前沿基础研究项目等共同资助。 

  Jiang, H., Xu, H., Vetter, P. A. et al. (2021). Ocean circulation in the Challenger Deep derived from super-deep underwater glider observation. Geophysical Research Letters, 48, e2021GL093169. https://doi.org/10.1029/2021GL093169 

  Ni, Z., Yu, J., Shang, X. et al. Response of the upper ocean to tropical cyclone in the Northwest Pacific observed by gliders during fall 2018. Acta Oceanol. Sin. 40, 103–112 (2021). https://doi.org/10.1007/s13131-020-1672-3 

1. 两台7000米级“海翼”滑翔机在挑战者深渊的观测轨迹 

2. 位温(θ)、盐度(S)、位势密度(σ4)、环流(矢量箭头)30004000500060007000米深度上的水平分布 

3. 台风路径及区域卫星SST变化 

4. 三个台风期间的海洋上层温度、盐度、密度、浮力频率剖面变化图