科研进展

IJC: 揭示海洋上层盐度季节变化的时空结构

  海洋盐度,是海水的核心物理参数之一,盐度的分布与变化可以作为全球水循环过程(降水及蒸发)和一些重要变率的指示因子,常被称为天然的“雨量计”。同时,盐度变化也能通过调整海水状态和海洋环流等过程,对全球气候和生态系统产生影响。过去,由于海洋盐度观测资料较为稀疏,针对全球尺度的盐度季节变化研究相对滞后。本世纪,Argo及多种仪器组成的海洋观测网的建立使得海洋观测第一次有了接近全球(上层2000米)的覆盖,为从全球和区域尺度研究盐度季节变化提供了基础。

  2021年11月,中国科学院大气物理研究所、国防科技大学、中国科学院海洋研究所等单位的联合研究团队在《International Journal of Climatology》发表题为“Climatological seasonal variation of the upper ocean salinity”的研究论文,该论文关注以下几个科学问题:全球和区域尺度海洋盐度的季节变化存在什么样的时空结构,可能的机制是什么?盐度作为天然“雨量计”的概念在季节尺度是否依然正确?

  该研究基于IAP等多套海洋盐度格点观测数据集、欧洲中心和美国伍兹霍尔海洋研究所开发的海气淡水通量数据,描述了区域至全球尺度上层2000米海洋盐度的三维空间分布,评估了盐度季节信号的稳健性,探究可能驱动盐度季节变化的因素(海气淡水通量、河流淡水通量)。新的研究表明,在大部分海域,盐度在海洋上层350米内存在明显的季节变化,在一些区域季节变化甚至可以达到2000米。

  在海表,盐度季节变化强烈(幅度超过0.6gkg-1)的区域包括西北太平洋、西北大西洋、热带太平洋、热带大西洋、热带印度洋和东北印度洋海域。受大气环流(如ITCZ)季节性摆动的影响,赤道北侧(5°N到30°N)区域的淡水通量存在明显的季节变化,导致表层海水盐度前半年较高、后半年较低;赤道南侧(20°S到5°S)则相反。在中高纬海域,海表盐度的季节变化与淡水通量的季节变化有相位差异,表明这些区域的盐度变化受到陆地的河流径流、海冰变化、海洋动力学等因素的综合影响。

图1.纬向平均淡水通量(ERA和OAflux数据)、0-2000米纬向平均盐度(IAP数据)的季节变化(1月,3月,5月,7月,9月,11月)。

  文章指出,纬向平均而言,上层40-80m,盐度异常季节变化与淡水通量的季节变化趋于一致,表明在近海表区域的盐度可作为“雨量计”;在100m以下,海洋动力过程在盐度变化中起着至关重要的作用。沿岸海域和极地地区,受海洋动力过程、河流径流等因素影响,淡水通量对盐度的变化不占主导作用,故“盐度雨量计”的概念在这些海域不适用。

  最后,研究发现,由于Argo观测网在极地和近岸无观测,仅基于Argo数据构建的格点数据集无法准确描述全球海表盐度的季节变化。而集成Argo、温盐深探仪(CTD)、浮标、潜标、Glider等多种观测系统的数据集(如我国IAP数据集、英国EN4、日本Ishii)可以较为一致的刻画近岸和极地的盐度变化。因此,充分集成所有的海洋观测数据对准确描述海洋变化极为重要。

  论文的第一作者为国防科技大学和大气物理所联合培养博士生刘媛昕,其余作者包括中国科学院大气物理所博士生潘玉莹、成里京副研究员和朱江研究员,美国圣-托马斯大学John Abraham,中国科学院海洋研究所张斌高级工程师,国防科技大学宋君强院士。该研究得到国家重点研发计划全球变化及应对专项(2017YFA0603202)、国家自然科学基金(42076202, 42122046)、中国科学院海洋大科学中心自主部署项目(COMS2019Q01)等资助。

  论文:

  Liu, Y., L. Cheng*, Y. Pan, J. P. Abraham, B. Zhang, J. Zhu, J. Song, Climatological seasonal variation of the upper ocean salinity. International Journal of Climatology. 1– 22. https://doi.org/10.1002/joc.7428

  全球海洋盐度格点数据集:

  http://www.ocean.iap.ac.cn/

  http://msdc.qdio.ac.cn/data/

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