Исследователи обнаружили «горячие точки» трехслойной альтернативно вращающейся циркуляции в Южно-Китайском море

Исследовательская группа под руководством профессора ГАН Цзяньпина, директора Центра океанических исследований Гонконга и Макао (CORE) Гонконгского университета науки и технологий (HKUST), провела полевые наблюдения и провела численное моделирование в Южно-йском море. (SCS) недавно и выявил невиданные ранее характеристики трехмерного движения океана в SCS с помощью геофизической гидродинамической теории. Сложная система циркуляции океана управляет преобразованием энергии и переносом водных масс в СКС, в последствии влияет на биогеохимические процессы, углеродный баланс, здоровье морской экологической среды, региональное изменение климата, устойчивое экономическое и социальное развитие окружающих стран и регионов, что обуславливает около 22% населения мира. Исследования циркуляции и динамики СКС считаются основой и воплощением понимания СКС.


В последние несколько десятилетий во всем мире растет внимание к исследованиям циркуляции океана в ЮКМ. Однако научное понимание трехмерного движения воды в этом регионе все еще очень ограничено, неоднозначно, а иногда даже неправильно понято. Это вызвано отсутствием наблюдений, надежной численной модели и знаний о сложных физических процессах в циркуляции СКС.

До недавнего времени, основываясь на наблюдениях, численном моделировании и рассуждениях о геофизической гидродинамике, исследовательская группа под руководством профессора Гана, который также является заведующим кафедрой наук об океане и кафедры математики HKUST, подтвердила, что вращающаяся циркуляция SCS имеет три -слоистая структура, где токи вращаются против часовой стрелки, по часовой стрелке и по часовой стрелке в верхнем, среднем и нижнем слоях соответственно. Исследование также показало, что трехслойные вращающиеся циркуляции состоят из динамически активных «горячих точек» усиленных течений вдоль крутого континентального склона, окружающего глубокую впадину, вместо упорядоченной структуры во всем регионе, как предполагалось ранее. Склоновые течения в основном контролируются комбинированным воздействием муссонов, вторжения Куросио и уникальной топографии и постоянно корректируются и регулируются многомасштабными океаническими процессами. Исследование впервые продемонстрировало трехмерную структуру и физический механизм циркуляции СКС, а также прояснило существовавшее ранее непонимание движения водных масс в этом регионе. Основываясь на этих выводах, команда профессора Гана создала WavyOcean, систему трехмерного моделирования и визуализации циркуляции океана и биогеохимических процессов в SCS, которая подтверждена и ограничена как наблюдениями, так и динамическими рассуждениями.

Профессор Ган сказал: «Из-за неудачи в захвате динамической «горячей точки» в окраине моря почти все глобальные модели не могут точно смоделировать трехслойную структуру циркуляции и связанную с ней физику в Южно-Китайском море, даже с такими же пространственными и временными данными. Таким образом, по сравнению с открытым океаном, наше понимание и моделирование глобальных маргинальных морских циркуляций, вызванных множеством факторов, таких как топография морского дна, водообмен через проливы и многомасштабные динамические процессы, сложнее, чем ожидалось».

«Наблюдение необходимо для исследования океана. Однако из-за строгих пространственных и временных ограничений наблюдений на месте очень сложно понять структуру океанских течений, особенно для теоретического анализа динамики циркуляции. Численные эксперименты или смоделированные «наблюдения» имеют решающее значение для исследования океана, и все большее количество новых открытий в океане в настоящее время опирается на численную модель, которая строго подтверждена наблюдениями и геодинамической теорией», — добавил он. Как эксперт в области вычислительной геофизической гидродинамики, профессор Ган считает, что численное моделирование — это не просто кодирование ввода и вывода, а скорее процесс построения «изящного» научного численного эксперимента и наблюдения. В дополнение к моделированию и прогнозированию реального океана численное моделирование океана является основным научным инструментом для понимания океанских процессов и явлений и помощи в изучении неизвестных.

Результаты исследования недавно были опубликованы в Связь с природой группой под руководством профессора Гана в сотрудничестве с исследователями из Университета Макао и Южного университета науки и технологий. Исследование финансировалось совместно CORE, RGC Гонконга и Национальным фондом естественных наук Китая. CORE создан совместно Национальной научно-технической лабораторией Циндао и Гонконгским университетом науки и технологий.