研究量化南大洋内波能量通量:潮汐为主要驱动,净通量总体指向极地

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风和潮汐持续向海洋注入能量,其中相当一部分会通过内波这一可跨越海盆的大尺度水下波动,传输至数千英里之外。由于内波分布广、尺度大,相关能量输送的量化与动力学评估长期面临难度。不过,内波通过影响洋流与海洋混合等过程,与全球气候及水下生态系统存在关联,因此对其能量通量的刻画具有重要意义。

Youran Li及其合作者利用麻省理工学院通用环流模型(MITgcm)的LLC4320配置,对南大洋子午向内波通量进行研究。研究将内波能量按频段分解为潮汐、风以及一般背景运动三类,并评估南纬35°至65°范围内的通量特征。借助该模型,研究团队估算了以吉瓦特计的内波能量在南大洋的输入与输出规模,并分析不同海底地形与水文特征对内波通量的影响。相关成果发表于《地球物理研究杂志:海洋》。

研究结果显示,南大洋净内波通量总体指向极地:在南纬35°与55°附近分别达到约15吉瓦特,在南纬45°附近约为7吉瓦特。按能量来源划分,超过80%的内波通量由潮汐驱动。相比之下,风驱动波动携带的能量仅相当于潮汐的1%至3%,且方向为赤道向,与净极向通量相反,从而对总体净通量形成部分抵消。其余通量来自多种背景运动,包括更高阶潮汐谐波、背波以及非线性交互等。研究还指出,潮汐贡献在南纬65°附近出现明显下降,在该纬度处占总通量的比例降至一半以下。

在对高能量区域的进一步拆分中,研究评估了南大洋多个关键区域对极向与赤道向通量的贡献,其中包括与两类通量均相关的德雷克海峡和麦夸里海岭。研究同时发现,潮汐能量在南纬45°至55°之间表现为南大洋净输出,而在南纬35°至45°以及55°至56°两个纬度带内则呈现净输入。

作者表示,该研究首次对南大洋内波能量通量的结构进行了量化,或可为后续观测研究提供参考。与此同时,研究也指出模型仍存在局限:模拟时段较短,难以捕捉内波通量的季节到年际变化;并且模型无法区分波模式或识别波干涉。作者提出,未来可通过引入模态分解与波形拟合等方法改进相关分析。

本文信息源自美国地球物理联盟旗下Eos转载内容。


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