熊厚林1 , 李建平1,2
1. 中国海洋大学深海圈层与地球系统前沿科学中心/物理海洋教育部重点实验室/未来海洋学院/海洋与大气学院/海洋碳中和中心,青岛266100
2. 崂山实验室,青岛266237
北美东岸的西北大西洋海洋锋(Northwest Atlantic Ocean Front, NAOF),其表层和次表层锋区对北大西洋的气候、海洋能量和物质交换、海洋生态系统及渔业有重要影响。然而,以往对NAOF变率的研究主要基于SST或者某一特征深度层温度,从三维视角研究NAOF长期变率的研究较少。因此,本文从一个三维空间视角分析长时间尺度上NAOF的主导变率,并探究该变率的潜在物理机制。
本文通过对NAOF关键层深度的温度梯度场(基于合并的SODA再分析数据)进行EOF分析,得到NAOF的主导变率的空间模态和时间系数。使用滑动斜率差异t检验和功率谱去分析该主导变率的时间信号特征。为提高结果的鲁棒性,我们使用WOA23观测和CMIP6中的GFDL-CM4 piControl实验进行了验证。为探究NACV的潜在物理机制,我们分析了表层大气环流和50 m深度洋流的异常场,在此过程中,我们使用了相关分析、合成分析、功率谱和交叉谱分析。此外,线性回归也被使用。
NAOF在垂向上存在强 (~50 m),弱 (~200 m),强 (~400 m)三个强度中心。我们将温度梯度异常场的EOF1,即NAOF的主导变率,命名为西北大西洋百年变率 (Northwest Atlantic Centennial Variability, NACV)。NACV的主要特征是:NAOF整体上在75°–70°W 和 65°–55°W 之间呈现“跷跷板”式的南北反向移动,具有一个的显著的90-110年的准周期信号。趋势转折检测发现NACV在1960s早期经历了一次显著的多年代际趋势转折。GFDL-CM4模式和WOA23观测的分析结果支持NACV的存在。
在强(弱)NACV时期,表层大气在中大西洋湾附近存在一个异常气旋(反气旋),而纽芬兰岛附近存在一个异常反气旋(气旋),这种气旋-反气旋配置有利于NACV的发展。我们定义了一个新的指数Gulf-Labrador Current Difference (GLCD) index,它代表湾流和拉布拉多流流速差的变化。我们发现GLCD和NACV有高相关性(相关系数为0.76,在95%置信水平上显著),可解释NACV约58%的方差。GLCD也具有准百年周期信号,并且二者在百年尺度的低频波段上有显著的强相干性。
NACV是西北大西洋的一个百年变率,具有90-110年的准周期信号,反映了NAOF在75°–70°W 和 65°–55°W区域间“跷跷板”式的南北反向移动。NACV在1960s初期经历了一个显著的多年代际趋势转折。GLCD 可能是NACV形成的一个重要物理机制,并且可能是NACV百年周期信号的一个关键来源。北美东岸表层大气的异常气旋-反气旋配置有利于NACV的发展。