科研成果
基于现场观测揭示孟加拉湾南部反气旋涡垂向结构及其生成机制
时间：2023年09月01日
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近日，我所周锋研究员团队叶瑞杰助理研究员及合作者在国际高影响力的美国地球物理学会旗下著名期刊Journal of Geophysical Research: Oceans上发表了题为“An energetic mesoscale anticyclonic eddy in the southern Bay of Bengal in June 2020: A case study”的研究成果。该论文是我所发起的“Joint Advanced Marine and Ecological Studies (JAMES)”研究计划的又一个高水平研究成果。JAMES研究计划自2019年开始至今在东印度洋开展了长期观测。论文基于JAMES研究计划获取的长期锚系潜标观测数据，研究了2020年夏季孟加拉湾南部的一个反气旋涡，并结合HYCOM模式数据深入探究了该反气旋涡的垂向结构及其生成机制。论文第一作者为叶瑞杰助理研究员，合作者包括我所周锋研究员（通讯作者）、马晓助理研究员、孟启承副研究员、曾定勇工程师、田娣副研究员、周蓓峰高级工程师、蔺飞龙助理研究员、徐鸣泉助理研究员、胡振涛，寿鹿高级工程师、刘诚刚副研究员，上海交通大学的博士生张家赢以及斯里兰卡国家海洋学与海洋科学研究所W.N.C. Priyadarshani研究员和R. M. R. M. Jayathilake研究员、斯里兰卡鲁胡纳大学的Gayan Pathirana博士和R. G. A. Iroshanie博士。”
海洋中尺度涡旋蕴含了全球海洋约90%的动能，在全球海洋物质能量输送、大尺度环流结构调整以及气候调节等方面扮演着重要角色。孟加拉湾是位于东北印度洋的一个半封闭海湾，受亚洲季风的影响，该海域具有十分活跃的中尺度涡旋过程。其中，孟加拉湾南部海域是阿拉伯海与孟加拉湾发生水体交换的关键区域，具有较为复杂的海洋动力过程。本研究基于JAMES研究计划在孟加拉湾南部的潜标观测资料和海表面高度异常数据，监测到一个活跃的反气旋涡（图 1），该反气旋涡于2020年5月底在苏门答腊岛西北部生成，随后向西传播，并于2020年6月底在斯里兰卡南部海域耗散。潜标观测数据显示，该反气旋涡能够引起上层水体较为显著的温盐异常，最大温度异常达6.8°C，最大盐度异常达0.3psu，而且可获取的Argo数据显示，该反气旋涡引起的盐度异常在垂向分布上表现为三层结构。结合HYCOM模式数据，我们探究了该反气旋涡的垂向结构，揭示了其垂向倾斜结构（图 2），并指出该倾斜结构是由上层水体强层结以及背景流的强垂向剪切共同导致的。
图 1. 2020年夏季孟加拉湾南部反气旋涡演变过程，其中蓝色五角星为潜标观测站位。
图 2. 反气旋涡三维结构。
为了探究该反气旋涡的生成机制，我们对苏门答腊岛西北海域的局地能量转化进行了分析（图 3）。结果表明，在反气旋涡形成之前，苏门答腊岛西北海域的涡动能保持较低值，斜压不稳定（BCI）、正压不稳定（BTI）以及风应力做功（WW）等产生的能量也维持在较低值；在反气旋涡形成阶段，苏门答腊岛西北海域的BCI、BTI以及WW等产生的能量逐渐升高，并在5月底达到最大值，此时反气旋涡形成并向西传播（图 1）。统计分析表明，苏门答腊岛西北海域反气旋涡生成较为频繁，它们的生成与东印度洋赤道Kelvin波具有密切的联系。当东印度洋赤道Kelvin波（沉降型）沿苏门答腊岛西海岸向北传播时，能够引起局地的海表面高度正异常，同时诱发西传的Rossby波，伴随局地风场产生负的风应力旋度，苏门答腊岛西北海域局地海表面高度正异常将进一步加强，以上动力过程为苏门答腊岛西北海域的反气旋涡生成提供了有利条件（图 4）。
图 3. 孟加拉湾南部反气旋涡形成海域能量转化分析。
图 4. 孟加拉湾南部反气旋涡生成机制示意图。
该研究是国家重大专项－自然资源部“全球变化与海气相互作用二期”的重要研究成果之一。在该专项的支持下，海洋二所牵头发起了“孟加拉湾和赤道东印度洋联合海洋与生态研究计划”（Joint Advanced Marine and Ecological Studies，简称JAMES），合作单位包括国家海洋环境预报中心、国家海洋技术中心等国内业务与研发机构，以及来自斯里兰卡、缅甸和泰国等国家的大学或部委机构。本专项旨在研究赤道东印度洋和孟加拉湾海域的生态环境特征及其对季风、气候以及人类活动的响应规律，与海上丝路沿线国家共同落实一带一路愿景和海洋命运共同体建设。
论文引用:Ye, R., Zhou, F., Ma, X., Shou, L., Meng, Q., Zeng, D., et al. (2023). An energetic mesoscale anticyclonic eddy in the southern Bay of Bengal in June 2020: A case study. Journal of Geophysical Research: Oceans, 128, e2022JC019188. https://doi.org/10.1029/2022JC019188
