西南大西洋极地至亚热带涡旋分布及内部水文特征研究

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海洋涡旋普遍存在于世界各个大洋中,它们在海洋动力学、热盐的输送和物质运输中发挥着重要作用。南大洋环绕南极大陆,南极绕极流(ACC)强烈的纬向流动形成了自北向南的亚南极锋(SAF)、极锋(PF)和南极绕极流南锋(SACCF)三个锋面,分隔了极地水和亚热带水。因南大洋及其周边亚热带海域特殊的环境和强劲的锋面系统使得涡旋活动频繁,该海域的涡旋可以进行经向水团交换、翻转环流和物质的长距离运输,对该海域甚至全球大洋的物质能量输运存在显著影响。涡动能(EKE)环南极分布图显示,高值主要集中在ACC、西南大西洋和西南印度洋等地。其中西南大西洋涡旋活动非常剧烈,且生物资源丰富,目前暂无对该区域涡旋分布数量特征的系统研究,也无涡旋热盐输送的数值定量。因此本研究基于AVISO卫星高度计资料,对比VG(Vector Geometry)法和OW(Okubo-Weiss)参数法与海表面高度异常(SLA)闭合等值线结合法后,选择后者对西南大西洋(包括斯科舍海和阿根廷海盆)2005-2019年的涡旋进行了探测追踪,并进一步对涡旋的生命周期、平均半径、传播距离等参数进行了统计分析;再结合Argo浮标剖面数据和CTD断面数据对涡旋内部水文结构特征和涡旋的运输作用进行了深入分析。研究结果表明:斯科舍海15年间共探测到31065个涡旋轨迹,其中89%的涡旋均为生命周期小于30天的短寿命涡旋,平均半径集中在20-50 km之间。涡旋产生地与水深有着密切的联系,在PF、SAF和SACCF附近水深为3000-5000 m的海域,产生的涡旋占比达73.3%。受斯科舍海海底山脊的阻碍作用,涡动能(EKE)高值聚集在PF和SAF之间,2005至2015年间EKE微弱下降但于2016年之后显著上升,这可能与南极大气动力环境和海冰覆盖减少有关。跨PF和SACCF锋面的涡旋中,低纬向涡旋数量占主导,其中以气旋式涡旋(CE)居多。在高纬向涡旋中反气旋涡旋(AE)占主导。阿根廷海盆15年间共探测到58780个涡旋轨迹,其中96.1%的涡旋生命周期不足50天,相比较斯科舍的涡旋,阿根廷海盆涡旋在平均半径、传播距离等参数上都要大。因受到阿根廷海盆内大型反气旋环流和随纬度变化的科氏力参数的影响,阿根廷海盆北部亚热带区域的涡旋半径和传播距离比南部亚南极区域要大,并且更倾向于向西移动。这些涡旋多产生于巴西马尔维纳斯汇流区(BMC)和反气旋环流的东部,CE更容易进入环流内部。EKE高值沿大型反气旋环流分布,且BMC区是阿根廷海盆EKE最高的海域。两个海域绝大部分的涡旋非线性参数(U/C)长时间是大于1的,它们对内部水团有着较强的平流作用。斯科舍海的Argo和CTD断面结果显示,CE内部次表层有低温低盐的冷水核心,该的水团特性与高纬海域冬季水(WW)特性相一致,表明了CE可以携带高纬海域水体向低纬移动的可能性。在阿根廷海盆追踪到两个进入涡旋内部并随之移动的Argo,在同一涡旋的邻近时间,其边缘处存在另一个Argo,记录到涡旋内外温盐的时间变化。结果显示,涡旋内外水团特性有明显差异,CE中层低温低盐水团抬升到次表层,整体水团向上移动,AE表层高温高盐水层变厚,整体水团向下移动,两种极性涡旋所携带的热盐含量异常较高,且这种异常在近80天内均未减弱。这些涡旋在海洋中普遍存在,它们对物质能量、生物地球化学等特征输送作用不可忽视。
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