基于Argo浮標的北太平洋中層環(huán)流時空特征研究?

張冬青, 周 春,2,3??, 趙小龍, 鄒 童

(1. 中國海洋大學深海圈層與地球系統(tǒng)前沿科學中心 物理海洋教育部重點實驗室, 山東 青島 266100;2. 青島海洋科學與技術試點國家實驗室, 山東 青島 266237; 3. 中國海洋大學三亞海洋研究院, 海南 三亞 572025;4. 國家海洋局北海預報中心, 山東 青島 266061)

海洋環(huán)流是全球海洋物質和能量的輸送帶,對全球氣候變化起重要調控作用?；谛l(wèi)星高度計、漂流浮標、船載斷面觀測和定點錨系觀測等方式,我們對海洋上層環(huán)流有了較多的認知。受地形的限制,深層環(huán)流可在海峽、海底通道、深層西邊界等較小的范圍進行有效觀測。然而對于海洋中層環(huán)流,受觀測手段和數(shù)據(jù)的限制,當前認知極為匱乏。中層環(huán)流作為連接上層和深層的紐帶,對深層水的通風和與上層海洋的水團交換非常重要[1-2]。本文重點圍繞北太平洋的中層環(huán)流時空特征開展研究分析。

1980年代之前,在太平洋很少有中層環(huán)流的測量,主要的科學研究始于熱帶太平洋以及赤道沿線進行的海洋考察[3]。通過整合斷面觀測結果,Kawabe和Fujio[4]用三層結構對太平洋環(huán)流進行了系統(tǒng)的診斷分析。WOCE和GO-SHIP等觀測計劃的系列全水深斷面(如日本氣象廳沿137°E的多年連續(xù)斷面觀測),為研究西北太平洋中深層年際和更長的時間尺度上的變異提供了寶貴的資料[5]。在東北太平洋盆地(Northeast Pacific basin,NEPB),Kawabe和Fujio[4]分析WOCE觀測數(shù)據(jù)后初步刻畫了中深層水體輸運和翻轉特征,之后Hautala[6]通過CTD和Argo浮標進一步給出了NEPB環(huán)流的三維結構。在更高緯度的阿留申海盆,多個斷面對阿拉斯加流和阿留申島弧通道進行了觀測,以研究北太平洋的水團與白令海的交換[7-9]。

然而,上述研究大多基于單次或多次的水文斷面觀測,忽略了海洋中廣泛存在的季節(jié)內、季節(jié)和年際等各種時間尺度變異的影響,導致分析的結果存在較大的不確定性。而中性漂流浮標作為一類拉格朗日方式觀測海流的平臺,如大量布放使用,可非常有效地開展中層環(huán)流的長期觀測。自持式拉格朗日環(huán)流探測器(ALACE)發(fā)明以來,拉格朗日測量廣泛應用于海洋環(huán)流的描述性研究[10-11]。Davis[12-13]繪制了早期的WOCE浮標漂流速度的地圖,以檢查熱帶太平洋和南太平洋中層流的平均結構?；贏rgo軌跡計算得到的全球深層流場數(shù)據(jù)集(如: YoMaHa′07, ANDRO等)逐步成為研究大洋深層流時空分布及相關機制的重要依據(jù)[13-16]。這些從Argo漂流深度計算出的速度場,在研究阿拉斯加流的結構和輸運[9],赤道深層射流寬度[17],赤道太平洋的變異模式[18],熱帶太平洋中層緯向流[19]等領域中發(fā)揮作用。國際Argo計劃自2000年實施起,尤其是2010年之后浮標數(shù)量快速增長,與現(xiàn)有的數(shù)據(jù)集相比(如ANDRO,使用2012年末之前的數(shù)據(jù)),Argo軌跡數(shù)量已在北太平洋的時空覆蓋率顯著提升,這為研究中層環(huán)流的時空變化提供了條件。本文的目標是使用最新的Argo軌跡數(shù)據(jù)反演北太平洋中層(1 000 dbar)的水平流場,在更大的空間范圍內描述其流場結構并分析其時間變率。

1 數(shù)據(jù)及方法

1.1 數(shù)據(jù)

本文使用的數(shù)據(jù)為2000年1月—2021年4月投放在北太平洋(100°E—80°W,0°—65°N)的3 458個漂流深度為1 000 dbar的Argo浮標軌跡資料。這些數(shù)據(jù)由國際Argo計劃和為其做出貢獻的國家計劃收集并免費提供(https://argo.ucsd.edu)。這些浮標剖面觀測平均周期約為10 d,在海面?zhèn)鬏斝盘枙r間平均約為11.3 h,在水下的時間約為229.3 h,其中在漂流深度(1 000 dbar)停留207.0 h,上升和下潛所用的時間約為22.3 h。因其近90%的時間均于漂流深度隨流運動,是開展漂流深度海流拉格朗日觀測的良好手段。由于其分布的散點化和不均勻性,在分析之前需要對數(shù)據(jù)進行網(wǎng)格化處理。在0.5°×0.5°的格點上,數(shù)據(jù)覆蓋了除邊緣陸架和東北太平洋海盆部分格點外的地區(qū),獲得中層海流數(shù)不少于10個的格點占了77%(見圖1)。

圖1 Argo浮標在北太平洋0.5°×0.5°網(wǎng)格內提取中層(1 000 dbar)流速記錄個數(shù)的空間分布Fig.1 Distribution of the number of velocities derived from Argo floats at mid-depth North Pacific in 0.5 °×0.5° grid points

由于速度切變的誤差不能直接從浮標軌跡或剖面數(shù)據(jù)中估算出來,本文引入ECCO2(Estimation of the circulation and climate of the ocean)數(shù)據(jù)進行誤差評估。ECCO2模擬結果包括1/4(°)水平網(wǎng)格間距的準全球模擬和從近海表10 m到最大深度5 906 m,厚度不等的50個垂直分層。該產(chǎn)品通過亞太數(shù)據(jù)研究中心(Asia-Pacific data research center)獲取。

1.2 方法

Argo浮標在漂流深度速度Vpd的簡單計算是浮標在水下漂流的距離Δs除以時間Δt:

(1)

Argo浮標只在海面停留的數(shù)小時內位置是可追蹤的,在第一次定位和最后一次定位之后,浮標均在海表漂流了一段未知的距離。衛(wèi)星定位時滯導致的表面漂流是主要的誤差來源,所以從每一個浮標連續(xù)的海表面定位推斷中層位移開始和結束的位置是一個重要的步驟。本文采用Park等[14]提出的一種基于最小二乘法的方法來估計中層流速,此方法考慮大尺度的背景流和慣性流,將浮標的海表運動軌跡看作是線性運動和慣性運動的合成,擬合出海表軌跡曲線,外推出上浮位置和下潛位置,再根據(jù)外推出的位置計算中層流速。海表軌跡可以表示為:

(k=1,…,N)。

(2)

如圖2所示,在對每一周期海表的衛(wèi)星定位點進行擬合并外推后,推算出的中層流速與擬合前推算出的中層流速相比,在大小和方向上都有差別。與按式(1)直接提取中層流速相比,經(jīng)過訂正的流速平均減小了0.23 cm·s-1,所以在本研究所使用的數(shù)據(jù)中表面漂流帶來的時滯誤差會使中層流速平均被高估19.9%。在三維海洋中,漂流深度與海面之間流速的垂直切變是另一個主要的誤差源。浮標在切變影響下會漂移一定距離,使得中層流速被高估。按照Park等[14]。的方法,我們估算了與速度切變相關的誤差,公式如下:

圖2 2900665號浮標海表面軌跡和第43周期擬合圖像Fig.2 Fitting image of float 2900665 and its 43th cycle

(3)

圖3 剪切誤差在北太平洋的空間分布Fig.3 Distribution of the shear error in the North Pacific

2 結果

2.1 平均環(huán)流

圖4描述了1 000 dbar深度北太平洋中層環(huán)流的基本結構。在高緯度地區(qū)(大于40°N),平均速度的空間分布表明亞北極鋒以北有一大片區(qū)域是為均勻的東向流,這與表層的北太平洋洋流位置對應。在NEPB的南部和西部,浮標數(shù)據(jù)較少,而在NEPB的東北部,緩慢的流速導致在該地區(qū)的浮標停留時間較長,較弱的局部氣旋式環(huán)流是一個顯著的特征(見圖5),這與Coats[20]用水文斷面計算的1 500 m以上環(huán)流的結果一致。NEPB東北角的水團在145°W—130°W的東岸開始加速轉向北,在科迪亞克島增強成一條狹窄、強大的(大于15 cm·s-1)阿拉斯加流(Alaskan stream,AS)。標準差顯示其沿SW-NE變化較小,如果檢查單獨的Argo軌跡,也可以看到數(shù)個浮標進入了白令海,或在阿留申群島擱淺。大部分浮標的軌跡在AS中沿阿留申島弧南坡向西南延伸,在180°以西,阿留申島弧轉向西北時,AS的一部分轉向北流入白令海,其余部分繼續(xù)向西與親潮區(qū)相連,可一直追溯到北海道。

圖4 1 000 dbar北太平洋平均環(huán)流疊加5°×5°流速矢量Fig.4 Mean circulation of the North Pacific at 1 000 dbar with velocities of 5°×5° grid points

圖5 東北太平洋平均環(huán)流疊加2°×2°流速矢量Fig.5 Mean circulation of the Northeast Pacific with velocities of 2°×2° grid points

在中緯度(20°N—40°N),黑潮延伸體(Kuroshio extension,KE)區(qū)域浮標數(shù)據(jù)較多,該地區(qū)是較強的東向流和豐富的中尺度渦旋活動區(qū)(見圖6),其渦動能在整個中層北太平洋呈峰值。正如文獻[22]所預期的那樣,平均速度的空間分布顯示射流的寬度在KE最寬,它的徑向范圍延伸到180°,平均速度可達8～15 cm·s-1,標準差顯示其徑向和緯向速度分量的變率都很大。KE的平均路徑顯示存在兩處準靜止的彎曲,其脊位于143°E和150°E附近。

圖6 黑潮延伸體的平均環(huán)流疊加2°×2°流速矢量Fig.6 Mean circulation of the Kuroshio Extension with velocities of 2°×2° grid points

20°N以南環(huán)流的特征是存在緯向條帶狀結構,平均經(jīng)向速度的空間分布在整個北太平洋除西邊界外都表現(xiàn)出不連貫的結構。鑒于緯向射流的經(jīng)向尺度多為1°～2°,其結構在5°×5°的流速矢量上不明顯,它們的特征將在下一節(jié)以更細的網(wǎng)格闡述。太平洋海盆東邊界的環(huán)流較弱,其采樣少于更高緯度或同緯度的西邊界,理論上赤道東邊界的亞熱帶環(huán)流是一個“陰影區(qū)”,這些水團因Sverdrup動力學被限制而無法有效通風[23]。Jenkins等[24]以及Kawaze和Sarmiento[25]在北大西洋的示蹤觀測表明中層水只向北30°N以北通風。

2.2 緯向流

在以往的研究中,位于赤道太平洋的一系列水文斷面的分析突出了低緯度次表層到中層附近一系列復雜的流動,這個緯向流系統(tǒng)按緯度可以大體分為三個部分:中深層赤道環(huán)流(Intermediate and deep equatorial circulation, DEC)、低緯度次表層流系(Low-latitude subsurface currents, LLSCs)和低緯度中層流(Low-latitude intermediate currents, LLICs)。DEC又可以分為兩個分支:(1)赤道區(qū)域(南北緯1.5°之間)垂直方向上交替的緯向流,垂直尺度為幾百米(Equatorial deep jets,EDJs);(2)赤道外射流(Extra-equatorial jets,EEJ)或赤道中間流(Equatorial intermediate current,EICs),是一系列隨緯度變化而發(fā)生東西向交替的緯向流,其垂直范圍較大,在南北緯10°內。在100 dbar上,前人觀察到了屬于EEJs(或EICs)的下層赤道中層流(Lower equatorial intermediate current,L-EIC)(～1°S—1°N),其流向和深度變異較強[26]。屬于LLICs的有三支:(1)東向的北中層逆流(Northern intermediate counter current, NICC)(～1.5°N—3°N);(2)東向的二級北次表層逆流(Secondary northern subsurface counter current,sNSCC或Secondary tsuchiya jets)[27];(3)西向的北赤道中層流(Northern equatorial intermediate current,NEIC)(約2°N—4°N)。10°N以外還有LLSCs與LLICs相融合的北赤道潛流(North equatorial undercurrent,NEUC)[27]。盡管有許多沿經(jīng)向的海流斷面觀測確實揭示了東西交替的速度[29-30],但這些結構的水平范圍是未知的。因為已知中尺度渦流向西移動時,單個渦旋的信號在短時間內平滑時,會產(chǎn)生一個緯向拉長的結構,其寬度對應于渦旋大小,其長度由渦旋的位移決定,所以可能會產(chǎn)生在平均緯向速度中看到類似“條紋”的運動學偽像,這種情況顯然是渦旋和鋒面射流形成的。那么以上的緯向射流系統(tǒng)是渦旋傳播時的短時間平滑還是在一定程度上擁有一個更大尺度的結構?如果能在20多年的Argo軌跡數(shù)據(jù)中觀察到這些洋流沿緯度方向貫穿海盆,并且在實時的觀測中依然存在,那么這代表其為氣候態(tài)存在的緯向射流。

從0.5°×0.5°平均緯向速度填色(見圖7)可以清晰地觀察到0°—20°N之間所有的東向射流都起源于非?？拷０兜牡胤?5條射流的起點分別位于:～17°N,～13°N,～9.5°N,～4.5°N,～1.5°N。其寬度為1°～2°,并且?guī)缀醪浑S緯度變化而發(fā)生變化。10°N以南存在3條緯向流橫跨整個太平洋海盆,流速從海盆西部向東部逐漸減小。與東向射流相似,0°—10°N范圍內的西向射流也幾乎橫跨太平洋海盆,相比之下,它們的經(jīng)向尺度相當短(約160～180 km),西向流速大小為5～10 cm·s-1,略慢于東向射流。赤道附近的流速絕對值在2°N附近的NICC上達到最大值,并隨緯度增加呈減小趨勢。

圖7 緯向速度的緯向平均(左)與緯向流速分布(右)Fig.7 Zonally averaged velocities of zonal component(left) and the distribution of mean zonal velocities(right)

NICC起源于哈馬黑拉海岸以東,由來自L-EIC或新幾內亞沿岸潛流的中層水供給,在圍繞哈馬黑拉渦旋轉之后和來自NEIC的水合并,在130°E和140°E之間轉向東南[31]?？紤]到各射流方向的高穩(wěn)定性和較弱的經(jīng)向速度,使用緯向速度來近似各射流的強度。從Argo軌跡得到的NICC平均緯度在1.6°N,平均緯向速度8.3 cm·s-1,標準差5.0 cm·s-1,最大緯向速度(大于15 cm·s-1)在142°E和152°E之間,其季節(jié)變化特征可以在各緯度的緯向速度平均圖中更好地看到(見圖6),此處緯向速度統(tǒng)計了130°E—120°W。NICC在冬季核心速度增強(15～18 cm·s-1),且經(jīng)向范圍擴大,特別表現(xiàn)為其南部邊界的延伸。在夏季,NICC的主體(即大于10 cm·s-1)從冬季的～1.4°N遷移到～2.0°N,其南部被西向的L-EIC占據(jù)。

sNSSC是北次表層逆流(Northern subsurface counter current,NSCC或Tsuchiya jets)在更深處的延伸,這個系統(tǒng)先被在南半球的南次表層逆流之下被發(fā)現(xiàn)[30,32],之后Qiu等[27]在175°E—180°和150°W—145°W斷面上也發(fā)現(xiàn)了NSSC之下的二級逆流。在Argo的觀測中,sNSSC起始于130°E以西,在137°E達到流速最大值13.8 cm·s-1,直到147°E以東核心速度減弱至5 cm·s-1。流核平均緯度為4.5°N,平均緯向速度為(7.2±5.1) cm·s-1,雖然緯度范圍相當窄,但所在位置(4°N—5.5°N)相對穩(wěn)定。在140°W以東,sNSSC的徑向范圍并不明顯,有時會與相鄰的同向射流匯合形成寬闊的緯向流,在最東端100°W和90°W之間失去了作為強射流的特征。sNSSC在夏秋季加強,在冬春季減弱(見圖8左),這些變化與上層的NECC以及NSSC類似。從10°W開始以東,在sNSSC以北的6°N—7°N,西向流的翻轉經(jīng)常出現(xiàn),在超過20年的平均圖中顯示為跨半個海盆的東向流一直延伸到東海岸。

圖8 各季節(jié)緯向速度的緯向平均(左)與五條射流的流軸位置(右)Fig.8 Seasonal zonally averaged velocities of zonal component (left) and the axes of five jets

NEUC被認為是由東太平洋上空的大范圍風強迫引起的年度斜壓Rossby波破碎后,非線性中尺度渦在西傳過程中形成的[28]。通過Argo可以觀測到始于～17°N、～13°N和～9.5°N,平均緯度～18.7°N、～14.5°N和～9.2°N的三核結構,與Qiu等[27]描述的NEUC的位置(9°N、13°N和17°N)大致相同。它們都不是純粹的緯向,而是在180°以東有SW—NE的傾斜,在Reid[33]的比容高度圖中幾乎是帶狀的,沒有顯示出這種向東北傾斜的形態(tài)。盡管三條分支顯示出不同程度的季節(jié)性振蕩,但它們的合并很少發(fā)生,在空間上幾乎保持在相同的位置,在不同經(jīng)度上可能斷開。起始于～17°N的分支平均緯向速度為4.5 cm·s-1,標準差為3.0 cm·s-1,其主體部分(大于5 cm·s-1)可延伸到170°E。它在到達155°W時變得不連續(xù),考慮到小尺度地形可能會影響到其結構的維持,20°N附近的地形中除了夏威夷群島,都沒有達到1 000 m以上,但地形可能會通過與周圍的渦流相互作用來阻擋緯向射流。Roden[34]報告了夏威夷-皇帝海山鏈對日期變更線附近的緯向流的巨大影響。在Nakano和Hasumi[35]的去除夏威夷群島和帝王海嶺的模型實驗中,緯向射流筆直地流動且沒有顯示出不連續(xù)性。NEUC在14°N的第二條分支相對較弱,平均緯向速度為4.5 cm·s-1,標準差為3.1 cm·s-1,其最大緯向速度在134°E為7.6 cm·s-1。它在21 a(2000年11月—2021年4月)平均場中沒有被完整地觀察到,盡管存在局部速度極值,說明部分緯向流在超過20年內相互抵消,但如果檢查單個浮標的軌跡,可以發(fā)現(xiàn)它們單獨連貫地向東漂移。起始于～9°N的分支與其他兩支相比更加水平,在120°W以東不明顯地傾斜,其平均緯向速度為4.8 cm·s-1,標準差為3.2 cm·s-1,在156.5°E達到最大速度9.4 cm·s-1。Qiu等[27]發(fā)現(xiàn)的第三分支在東部的傾斜結構從Argo數(shù)據(jù)中難以體現(xiàn),Argo所觀測到的第三分支的東部與其所述東部盆地沿～10°N的第四條SW-NE傾斜帶狀射流合并。

從五條東向射流各季節(jié)流軸位置(見圖8右)可以看出,除NICC的流軸在秋冬季向南遷移外,其他各流的流軸位置沒有顯著變化。緯向速度的緯向平均(見圖8左)顯示,處于較低緯度的三條,NICC、sNSCC和NEUC南支的緯向速度的季節(jié)性異常明顯,在10°N以北,季節(jié)性異常逐漸減弱近乎消失。NICC冬季強、夏季弱,sNSCC夏秋強、冬春弱,NEUC南支秋季強、春季轉向。對于西向流,赤道上的L-EIC有最強烈的季節(jié)性異常,表現(xiàn)出夏強、冬弱,NEIC表現(xiàn)出秋冬強、春夏弱。L-EIC與相鄰的NICC反相位,與sNSCC同相位,說明L-EIC最大的西向輸運和北方sNSCC的東向輸運同時發(fā)生,同時與NICC互補。在冬季L-EIC有時會逆轉為東流,在很多觀測中,L-EIC會被沿赤道的東流所取代[39,26],其異常值大于平均流速以至于轉向。

對于這些射流,如今學者們認為主要存在三種可能的能量來源:(1)產(chǎn)生自西邊界或者上層海洋的深層赤道季節(jié)內變異[40-42];(2)赤道外盆地尺度垂直傳播的年周期Rossby波[28,36,38,44-45];(3)永久性的區(qū)域海洋環(huán)流或是風強迫過程[41-44]。前兩種能量與強迫因素的時間變異有關,而后一種能量主要可以看作是對永久性的海洋或大氣強迫的響應。這些不同的能量適用于赤道或熱帶大洋的不同區(qū)域,并在傳播中容易出現(xiàn)不穩(wěn)定和混合,將初始能量轉換為其他尺度,才能形成最終的緯向射流。所以在不同的區(qū)域,射流具有不同的時間尺度,包括季節(jié)內變異、年周期變異以及隨著大尺度環(huán)流調整的幾近永久性的特征。在以往的研究中,熱帶西太平洋經(jīng)常會觀測到中層季節(jié)性變率,這種季節(jié)性周期由年周期的第一經(jīng)向模態(tài)Rossby波主導,其能量來源于深層西邊界流的不穩(wěn)定過程,海洋表層的周期風場或者上層環(huán)流的不穩(wěn)定造成的熱帶不穩(wěn)定波等,該能量攜帶季節(jié)性的速度異常,每年從東部上層傳播到西部深層[37-38,46]。Argo在一些時間間隔內集中的大量測量可以直接觀察到信號傳播的尺度。圖9可以很好地將赤道附近中層流季節(jié)變異與Rossby波的傳播聯(lián)系起來。將2014—2021年在0°—2.5°N,135°E—90°W區(qū)域內從單個浮標算出的緯向和經(jīng)向速度季節(jié)性異常作Hovm?ller圖,可以看到沿給定緯度有很強的振幅和相位相干的模式,在大約一年的時間里橫跨太平洋。速度的正負異常組織成的斜線與波的傳播方向一致,所以通過向西的相位傳播可以清晰地看出變量的波動傳播特征,周期和波長可以分別估算為x軸和y軸上相同符號的兩個異常之間的間隔。我們可以發(fā)現(xiàn)緯向速度與長周期和波長(～1年和數(shù)千公里)相關(見圖9(a)),經(jīng)向速度與周期和波長(～幾天和幾度)的關系則不明顯(見圖9(b))。信號的傳播不僅在不同緯度的各個射流特征有所不同,在同一條射流的不同部分也有區(qū)別。緯向和經(jīng)向速度在整個盆地中沒有恒定的周期、波長和振幅,從西太平洋和中東太平洋可以觀察到不同的特征。140°W以東的周期較短(～半年),波長較短(～60°);140°W以西周期較長(～1年),波長較長(～140°)(見圖9(a))。在140°W附近的早期觀測結果也觀測到了年周期Rossby波的類似現(xiàn)象[36,47],這可以由存在平均背景流的情況下年周期Rossby波的傳播來解釋。在所繪制的2014—2021年范圍內,也有部分時間段的變異較強,表現(xiàn)形式為圖中點的顏色更深,如2014—2016年。

圖9 0°—2.5°N范圍內緯向速度(a)、經(jīng)向速度(b)季節(jié)異常Hovm?ller圖Fig.9 Hovm?ller diagram of seasonal anomaly of zonal(U) (a) and meridional(V) (b) within the latitude range 0°—2.5°N

3 討論與總結

本文使用Argo軌跡數(shù)據(jù),通過擬合和外推訂正表面軌跡后得到了其漂流深度1 000 dbar上北太平洋的平均環(huán)流?？傮w而言,通過Argo軌跡本文完整地刻畫了北太平洋1 000 dbar的中層流場空間結構。在NEPB、KE區(qū)域有較多的Argo軌跡數(shù)據(jù),較好地刻畫了亞極地流渦,即KE及以東海域流幅較寬的東向流及沿阿留申群島窄而強的西向流。在低緯度地區(qū),20余年的Argo數(shù)據(jù)顯示存在5條東向射流:NICC、sNSCC和三核結構的NEUC。當對比數(shù)據(jù)在季節(jié)平均和較長時間段內平均時,它們在緯向方向上更加連貫,說明它們是相對穩(wěn)定的結構,而不是周期較短的渦旋的作用。對于NICC和sNSCC,其結構與先前觀測較一致。NEUC的北支和中支在180°以東有SW—NE的傾斜,并且在平均場中有不同程度的斷開。與Qiu等[27]不同,我們觀測到的NEUC南支更加筆直,似乎與其所述的東部盆地沿～10°N的第四條SW-NE傾斜帶狀射流合并。NEUC作為相對于環(huán)境渦流較弱的潛流,需要長期時間平均來區(qū)分它們,其SW-NE轉向的特性可能意味著赤道和熱帶的射流具有不同的強迫機制,或者與其他射流嵌入了不同背景平均環(huán)流結構。

這些射流在不同緯度疊加了不同的時間尺度,包括季節(jié)內變異、年周期變異以及隨著大尺度環(huán)流調整的準定常的特征。季節(jié)性變異在太平洋更低緯度最為明顯,這與年周期的羅斯貝波的傳播有關,赤道附近射流的季節(jié)性變異振幅最大,與這些射流的長期平均值相當。從單個軌跡的速度異常得到的Hovm?ller圖捕捉到了幾乎是盆地尺度的緯向信號,徑向速度異常也顯示出向西傳播的信號。這證明了該地區(qū)的年周期信號以Rossby波的形式出現(xiàn)。盡管Hovm?ller圖已經(jīng)觀察到了與徑向速度異常相關的周期和波長,但用這種方法很難捕捉到較短的周期和波長。各個射流不僅在徑向分布上特征有所不同,在同一條射流的緯向部分特征也有區(qū)別,在0°—2.5°N,135°E—90°W區(qū)域內,140°W以東的中東太平洋周期和波長較短,140°W以西的西太平洋周期和波長較長,也有部分時間段的變異較強。

總而言之,本文基于20余年Argo軌跡數(shù)據(jù),完整地給出了北太平洋中層環(huán)流的空間結構,以及緯向射流的時間變異特征。當然,受Argo浮標數(shù)量的限制,以及Argo軌跡分布的不均勻性,文中的流速量值存在一定的誤差,對于中層環(huán)流更加細致的分析還需進一步的觀測數(shù)據(jù)支撐。

致謝:Argo數(shù)據(jù)由國際Argo計劃和為其做出貢獻的國家計劃收集并免費提供(https://argo.ucsd.edu, https://www.ocean-ops.org)。Argo計劃是全球海洋觀測系統(tǒng)的一部分。