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科研动态

台湾海峡多尺度动力过程研究

2022/10/22点击次数:

近日,厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室、海洋与地球学院江毓武教授团队在台湾海峡多尺度动力过程研究方面取得新进展,相关成果分别以“ENSO and PDO-related interannual and interdecadal variations in the wintertime sea surface temperature in a typical subtropical strait”和“Off-coast Phytoplankton Bloom in the Taiwan Strait During the Northeasterly Monsoon Wind Relaxation Period”为题,发表于国际期刊Climate Dynamics与Journal of Geophysical Research–Oceans。研究成果显著提升了对台湾海峡海-气相互作用及动力-生态耦合过程的科学认知,对于台湾海峡水温长期演变趋势预测及赤潮预警具有重要意义。

台湾海峡是中国大陆沿岸冬季海表温度年际-年代际变率最为显著的区域,其冬季海表温度在1982至1999年呈现上升趋势,在1999至2014年呈现下降趋势,变化幅值达到约1 °C/十年,为邻近海域的4倍之多(图1)。同时,台湾海峡冬、春季叶绿素含量整体呈现相对低值,且主要分布于大陆近岸海域。但走航和遥感观测资料显示,台湾海峡东北风松弛时,天气尺度的藻华现象可发生于大陆沿海的离岸海域,呈现明显的亚中尺度斑块状结构。

本研究重点关注两部分内容,其一为太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation, PDO)和厄尔尼诺–南方涛动(El Niño–Southern Oscillation, ENSO)等大尺度气候信号如何调控台湾海峡冬季海表温度的时间变化;其二为亚中尺度不稳定等锋面动力过程对台湾海峡冬、春季离岸藻华发生的影响及其动力机制。

为探究大尺度的PDO和ENSO信号对台湾海峡海表温度低频变率的影响,本研究使用滤波的方法,将海表温度时间序列分为三种不同时间尺度的信号,即年际信号、年代际信号和长周期信号(与全球变暖相关)。研究表明,在PDO正相位期,台湾海峡海表温度受到PDO的显著控制;而在PDO负相位时期,海峡海表温度受到ENSO的显著控制。在PDO正相位时期,北太平洋海域可以发展明显的海表压强偶极子,从而产生欧亚大陆东部沿岸的沿岸风异常,进而通过影响东亚冬季风和北太平洋亚热带环流影响台湾海峡冬季海表温度变化;相较而言,在PDO负相位时期,上述北太平洋的信号对台湾海峡的影响减弱,热带太平洋通过与ENSO有关的气旋或反气旋异常的北移影响东亚(包括台湾海峡)海域海表温度的年际变化。综上,由于1982至2014年的PDO主要呈现正相位,台湾海峡显著的增温和降温趋势主要受到PDO和长周期的全球变暖的信号控制。

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图1.研究区海温(SST)变化趋势(来自OISST数据,°C/年):1982-1999年(a)和1999-2014年(b)。蓝色实线代表150米等深线。红色虚线框表示台湾海峡区域。(c) 1982 - 2021年台湾海峡海温异常(TS-SSTa)时间序列。



通过综合利用走航观测、数值模拟和卫星遥感等多种技术手段(图2),本研究揭示了离岸藻华发生的物理环境条件以及其中的亚中尺度锋面不稳定动力机制。走航与遥感数据的合成分析和自组织映射分析表明,海峡离岸藻华通常伴随东北季风的松弛而发生于沿海峡的锋面海域,同时呈现明显的硝酸盐沿等密线离岸输运和近表层水体层化特征。高分辨率走航数据的分析与耦合模拟结果的诊断显示,亚中尺度锋面对称不稳定和斜压不稳定在台湾海峡锋面处均活跃存在,可以显著促进海峡离岸藻华的发生与发展。


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图2. 模拟区域及水深:粗网格(a)、细网格(b);多年平均初春海表叶绿素分布(c),2015年3月31日-4月4日的叶绿素分布(d)。


两篇论文的第一作者分别为厦门大学博士生张义敏和赵中华,通讯作者均为江毓武教授,共同作者包括美国普林斯顿大学廖恩惠博士、Leo Oey教授,厦门大学黄邦钦教授以及中山大学卢文芳副教授。该研究获得国家重点研发计划项目(2018YFC1407502)和国家自然科学基金项目(U1805241、41876004)的联合资助。


论文来源及链接


Zhang, Y., Z. Zhao, E. Liao, and Y. Jiang (2022), ENSO and PDO-related interannual and interdecadal variations in the wintertime sea surface temperature in a typical subtropical strait,Climate Dynamics, doi:10.1007/s00382-022-06270-9.

https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-022-06270-9


Zhao, Z., Oey, L.-Y., Huang, B., Lu, W., & Jiang, Y. (2022). Off-coast Phytoplankton Bloom in the Taiwan Strait During the Northeasterly Monsoon Wind Relaxation Period. Journal of Geophysical Research: Oceans, 127, doi.org/10.1029/2022JC018752.

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2022JC018752



供稿:赵中华、张义敏