海院科研动态（160）| 棉兰老流和印尼贯穿流次表层流速极大值

研究背景

       印尼贯穿流作为全球热盐环流的关键组成部分，是连接太平洋与印度洋的唯一低纬度洋际通道。望加锡海峡贯穿流是印尼贯穿流的主轴，体积输运约占印尼贯穿流总量的77%，其主要来源于太平洋西边界的棉兰老流入侵。与传统风生洋流表层流速最大的典型特征不同，潜标观测显示望加锡海峡贯穿流呈现次表层流速极大的特征。前人研究提出南海及印尼海的淡水阻塞机制是印尼贯穿流次表层极大值形成的主要原因。近年来，有研究指出印尼贯穿流上游的棉兰老流同样存在次表层流速极大值结构，且两支海流的极大值在季节与年际尺度上均表现出显著相关性。次表层流速极大值位于海洋上温跃层，其强度与深度的变化，可显著调控太平洋向印度洋的热量与淡水通量，进而影响印太海盆的热盐收支，并调节气候系统。然而，目前对于望加锡海峡贯穿流和棉兰老流的次表层流速极大值的维持和变化机制仍缺乏系统认识。

       针对这一科学问题，我院海气相互作用团队基于潜标观测、海洋再分析数据及区域海气耦合数值模拟，结合理论分析与数值敏感性试验，系统揭示了两支动力关联西边界流次表层流速极大值的形成规律与风场调控机理。

图 1（a）海洋性大陆区域地形及主要流系示意图。 (b)–(p) 基于 GLORYS 数据集的 5 个断面流速分布及其季节变化特征。(b)–(d)分别为棉兰老流断面的年均、冬季、夏季流速分布。(e)–(g)为棉兰老流入侵苏拉维西海断面。(h)–(j)为望加锡海峡北部断面。(k)–(m) 同为望加锡海峡南部断面。(n)–(p)为龙目海峡北部断面。

研究结果

       基于部分潜标和再分析数据，结果表明，次表层流速极大值在棉兰老流与印尼贯穿流主轴普遍存在，且两支海流的极大值季节变化特征规律高度一致。二者的次表层流速极大值都呈夏季偏浅、强度偏强，冬季偏深、强度偏弱的季节变化规律。粒子追踪试验结果证实，望加锡海峡次表层水团主要来源于棉兰老流。沿棉兰老流和望加锡海峡贯穿流的动力高度梯度同样在次表层达到极大值，其季节变化与流速极大值同步。动力高度热盐分解的结果表明，温度在其季节变化中起主导作用。通过Regcm3-FVCOM海气耦合模式关闭风场的试验发现，棉兰老流和望加锡海峡贯穿流次表层流速极大值的季节变化特征会受到显著削弱。进一步分析发现，棉兰老流上方局地风场在气候态上存在正负风应力旋度的转换，通过驱动埃克曼上升流或下降流，抬升或下压等密度线，进而改变密度梯度零值线的垂向深度，最终调控次表层流速极大值深度的季节变化。

图 2（a）棉兰老流上层 200 米垂向速度季节异常。（b–e）基于 ERA5 风场数据得到的风应力及旋度分布，分别对应下降流期、过渡期、上升流期、过渡期。

研究意义

       本研究证实，次表层流速极大值是棉兰老流与印尼贯穿流流域普遍存在的海洋动力特征，明确了动力高度梯度与纬向密度梯度在次表层流速极大值形成和季节变率中的关键作用，重点揭示了风场对极大值季节变化的调控机制。研究成果进一步完善了上层海洋风生环流动力学理论，深化了对印太洋际水交换物理过程的科学认知，对深入理解热带太平洋-印度洋跨洋盆相互作用和海气相互作用变化有重要意义。

文章相关信息

       研究成果近期发表于国际物理海洋学权威期刊《Journal of Physical Oceanography》，论文第一作者为我院博士研究生聂益聪，我院王东晓教授和李明婷副教授为论文的共同通讯作者。其他合作者包括哥伦比亚大学的Arnold L. Gordon教授，河海大学胡石建教授，中山大学韦骏教授和李俊鲁助理教授等。本研究得到国家自然科学基金（42430402,42276005），南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）(SML2021SP309,311024005, SML2024SP009)的联合资助。

Nie, Y., M. Li, G. Jiang, S. Hu, A. L. Gordon, J. Li, J. Wei, and D. Wang, 2026: The Role of Wind in Driving the Subsurface Velocity Maxima of Makassar Strait Throughflow and Mindanao Current. J. Phys. Oceanogr.,56,1281–1298.

原文链接：https://doi.org/10.1175/JPO-D-25-0160.1