近日，中国科学院海洋所王凡团队在印度洋中层水团的研究中取得新进展，提出在位势涩度-位势密度坐标下以体积极小值识别水团边界的新方法并评估了气候模式，指出当前气候模式对水团性质和露头区模拟的普遍偏差及其成因，对改进气候模式、提高气候预测水平具有参考价值。相关成果在国际学术期刊Journal of Climate发表。
水团作为人类活动影响海洋内部的载体，其性质的变化体现了海洋对气候变化的热力学响应。准确划分不同水团的三维结构，对理解气候变化背景下水体的性质变化、海洋动力过程及生态系统具有重要意义。然而，无论是在观测还是气候模式中，准确划分海洋水团依然具有挑战性。
本研究中，团队基于观测数据，通过统计位势涩度-位势密度坐标下印度洋中层水体（位势密度范围为27.1-27.4 kg m⁻³）的体积分布，创新性地利用体积极小值追踪水团的边界（图1）。除已知的南极中层水（AAIW）和红海-波斯湾中层水（RS-PGIW）外，本文还通过新方法识别出另外两个水团（图2）。其一是印度洋-南极中层水（I-AAIW），它是南极中层水与印尼贯穿流混合的结果，分布在南赤道流和厄加勒斯流流系中；另一个水团是赤道印度洋中层水（EEIW），它存在于印度洋赤道地区和孟加拉湾，来源于红海-波斯湾中层水和上层淡水。
图1 位势涩度（π）-位势密度（σ）坐标下印度洋中层水体体积分布
图2 新方法识别的印度洋中层水团
团队进一步将新方法应用到气候模式中，结果显示，不同的模式表现各异。在耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）的51个模式中，约有一半（26个）能够合理模拟这些中层水团。与观测的水团相比，模式存在两个明显偏差：中层水团厚度较小，红海-波斯湾中层水偏冷偏淡。前者主要来源于温跃层的暖偏差，而后者可能与模式较粗的网格分辨率和表层冷偏差导致的红海和波斯湾通风不足有关。
上述研究提出了准确划分水团边界的新方法，并解释了模式模拟偏差的主要成因，为改进气候模式提供参考价值。论文第一作者为海洋所博士研究生周吉浩，通讯作者为海洋所李元龙研究员，合作作者包括中国科学院南海海洋研究所杜岩研究员和洪宇副研究员、厦门大学王为磊教授以及中国科学院海洋研究所博士研究生卢磊、路颖和王凡研究员。该研究得到了中国科学院先导专项、国家自然科学基金、山东省自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金等项目资助。
论文信息：
Zhou, J., Y. Li*, Y. Du, Y. Hong, L. Lu, Y. Lu, W. Wang, and F. Wang, 2024: Indian Ocean Intermediate Water Masses and Their Simulations by CMIP6 Models. J. Climate, 37, 6285–6303, https://doi.org/10.1175/JCLI-D-23-0667.1.
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