海洋环流与波动重点实验室知识库

赤道太平洋障碍层是全球海洋大气耦合系统相互作用的关键区域，障碍层 的时空变异研究更成为预测和研究全球大尺度气候活动的重要内容。赤道太平 洋拥有西太平洋特殊的障碍层结构和暖池系统，调节全球气候变化，使得赤道太 平洋障碍层成为研究湍流混合的理想区域。湍流混合的研究，可量化为湍流耗散 率和障碍层混合发生率，前者通常采用微结构观测仪器(VMP)直接测量，后者 通过其他参数化方案估算。由于直接观测湍流的观测有限，目前对于赤道太平洋 障碍层内的混合结构特征仍然未有明确认识。本论文通过分析布设在赤道西太 平洋湍流直接观测数据，以及 Argo 数据，给出障碍层的混合结构特征，弥补以 往对障碍层内弱混合的不全面的认知。Argo 数据，结合 Thorpe 尺度方法，展现 赤道太平洋障碍层混合结构特征。

本论文首先通过分析赤道西太平洋暖池西边界区(142oE，0o)和核心区 (158oE，0o)的两套连续站的 VMP 观测资料，发现障碍层内存在强混合。通过有限的观测统计发现障碍层强混合是由多种混合机制共同作用，在强风条件下， 障碍层混合与混合层混合受到风应力控制，障碍层强混合持续存在;在微风或弱 风条件下，障碍层强混合以斑块状不连续出现，障碍层与混合层之间的湍流混 合结构是相对独立出现。低频声学多普勒流速剖面仪(LADCP)流场数据表明， 障碍层混合受到流剪切控制，剪切不稳定导致混合是障碍层混合机制之一。

之后有效结合高分辨率 Argo 数据和 Thorpe 尺度方法，研究障碍层混合的空 间结构和时间尺度变异。本论文利用 2008 年至 2022 年 Argo 高分辨率数据，以 及 Thorpe 尺度方法探测障碍层中的水体翻转现象，统计障碍层混合的发生情况， 并将之与大尺度过程建立联系。研究表明，赤道太平洋障碍层混合普遍存在，障 碍层发生率在西太平洋最高，障碍层混合发生率在中太平洋最高，于赤道冷暖舌 交汇处。障碍层混合可以改变上层海洋结构，如加深混合层、等温层深度，增加 障碍层厚度;也可以影响上层温盐结构，如降低等温层和表层温度、增加障碍层 盐度，减弱障碍层层结。障碍层混合发生率的合成分析表明，混合与ENSO现象存在联系，在La Niña期间，障碍层混合发生率明显高于El Niño期间。

赤道太平洋垂向层次的湍流混合特征有所不同，障碍层变化较为剧烈常出现强湍流混合的斑块结构，而西太平洋障碍层混合发生率较低且较为稳定，障碍 层与跃层混合发生率具有明显差异，在西太平洋跃层混合发生率高于中、东太 平洋。造成次表层不同层次湍流混合特征不同的内在因素是剪切和浮力频率的 差异:中、东太平洋赤道不稳定波动较为频繁，流速剪切要比其他区域强，但浮 力频率弱于其他区域，因此中、东太平洋区域更易于发生强烈不稳定;在西太平 洋，其主要特征是剪切弱，浮力频率强，剪切的强度变异不足以引起水体发生剪 切不稳定。因此太平洋西部的湍流混合相对于东部来说比较弱和稳定。

通过研究与 ENSO 指数相关性最高的障碍层核心区，并将障碍层混合强度 划分为强混合和弱混合，研究障碍层强弱混合引起的温度、盐度、障碍层厚度、 层化等异常。研究表明，El Niño 期间，障碍层混合表现为弱混合状态，弱混合 进一步引起障碍层厚度增加和障碍层正的温度异常，这一过程更有助于障碍层 的生成和发展，有利于暖水堆积过程，进而有利于 El Niño 事件发生;在 La Niña 期间，障碍层混合表现为强混合状态，强混合破坏障碍层内盐度梯度、减小障碍 层厚度、降低障碍层温度，强混合的加速冷却过程更有利于 La Niña 向正常年份 转化。通过障碍层湍流混合的年际尺度变化与 ENSO 事件的相关分析，为 ENSO 机制完善提供新的思路。

赤道太平洋障碍层的湍流混合过程能不仅能及时响应大尺度海洋气候，在 长期尺度上还对对大尺度海洋现象有一定影响，研究障碍层混合对于深入理解 大尺度过程，准确预报 ENSO 事件具有重要意义。