挑戰(zhàn)者深淵是世界上最深的深淵。它作為海洋深層的關(guān)鍵通道,對(duì)大洋深層水自南大洋向西北太平洋的輸送具有重要意義,同時(shí)深淵自身通過(guò)垂向混合實(shí)現(xiàn)與上層深海的水體和物質(zhì)交換。由于現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的匱乏,目前對(duì)于挑戰(zhàn)者深淵深層環(huán)流結(jié)構(gòu)和深層水通量的認(rèn)識(shí)還存在很大的不足。中科院深海所海洋環(huán)流觀測(cè)與數(shù)值模擬研究室聯(lián)合中科院沈自所水下機(jī)器人研究室于2018年9月在挑戰(zhàn)者深淵利用7000級(jí)“海翼”水下滑翔機(jī)開展了連續(xù)觀測(cè)(圖1)。通過(guò)解析觀測(cè)的高分辨率水文資料,揭示了挑戰(zhàn)者深淵中深層水團(tuán)和環(huán)流的三維結(jié)構(gòu)并研究了當(dāng)?shù)厣蠈雍Q髮?duì)過(guò)境臺(tái)風(fēng)的熱力學(xué)響應(yīng)。
基于“海翼”滑翔機(jī)觀測(cè)的高分辨率水文資料,研究人員分析了深淵中深層水團(tuán)特性、環(huán)流結(jié)構(gòu)以及流經(jīng)深淵的深層水流量。發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)者深淵中的深層水團(tuán)和環(huán)流存在復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)(圖2)。水團(tuán)結(jié)構(gòu)為近似三層分布,從3000米至7000米,先從東北-西南分布型變成南-北分布型,而后逐漸變成東-西分布型;這種結(jié)構(gòu)可能由地形導(dǎo)致的水體抬升、平流以及混合擴(kuò)散過(guò)程共同作用形成。深層環(huán)流主要為隨深度減弱的西向流,且存在較大的深層水通量流經(jīng)深淵。該研究結(jié)果有助于更全面地認(rèn)識(shí)挑戰(zhàn)者深淵的水文狀況。相關(guān)研究成果(研究論文“Ocean circulation in the Challenger Deep derived from super-deep underwater glider observation”)已在國(guó)際知名地學(xué)期刊《Geophysical Research Letters》在線發(fā)表。徐洪周研究員為論文的通訊作者,博士生江會(huì)常為論文的第一作者。
在觀測(cè)期間,“海翼”滑翔機(jī)還捕捉了當(dāng)?shù)厣蠈雍Q髮?duì)三個(gè)過(guò)境臺(tái)風(fēng)(山竹,譚美,康妮)的熱力學(xué)響應(yīng)過(guò)程(圖3a)。研究人員發(fā)現(xiàn),在臺(tái)風(fēng)期間,海洋上混合層的降溫為0.5-0.7?C,強(qiáng)風(fēng)導(dǎo)致了混合層的層結(jié)破壞與再生成,太陽(yáng)輻射及近慣性振蕩等其他過(guò)程也造成了混合層的振蕩(圖4)。研究人員還發(fā)現(xiàn)了臺(tái)風(fēng)期間兩種分別由局地降水機(jī)制和平流機(jī)制導(dǎo)致的障礙層,強(qiáng)風(fēng)強(qiáng)降水的同步還會(huì)造成的海洋障礙層的高頻變化。相關(guān)研究成果(研究論文“Response of the upper ocean to tropical cyclone in the Northwest Pacific observed by gliders during fall 2018”)發(fā)表在知名期刊《Acta Oceanologica Sinica》上。徐洪周研究員為論文的通訊作者,碩士生倪澤楷為論文的第一作者。
該研究工作得到了科考船“探索一號(hào)”、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略重點(diǎn)研究計(jì)劃、中科院前沿基礎(chǔ)研究項(xiàng)目等共同資助。
圖1. 兩臺(tái)7000米級(jí)“海翼”滑翔機(jī)在挑戰(zhàn)者深淵的觀測(cè)軌跡

圖2. 位溫(θ)、鹽度(S)、位勢(shì)密度(σ4)、環(huán)流(矢量箭頭)3000、4000、5000、6000、7000米深度上的水平分布

圖3. 臺(tái)風(fēng)路徑及區(qū)域衛(wèi)星SST變化
圖4. 三個(gè)臺(tái)風(fēng)期間的海洋上層溫度、鹽度、密度、浮力頻率剖面變化圖
(載人潛水器與海上作業(yè)母船設(shè)施提供)