[论文解读] Seasonal Evolution of Mixed Layers in the Red Sea and the Relative Contribution of Atmospheric Buoyancy and Momentum Forcing

George Krokos, I. Cerovečki+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 16, 2021

Oceanographic and Atmospheric Processes被引用 10

一句话总结

本研究利用分辨率为1公里的海洋模型，结合5公里水平分辨率的区域大气再分析数据，分析2001–2015年间红海混合层（MLs）的季节性和空间演变。研究发现，大气浮力强迫，尤其是感热通量，主导了混合层深度的变化，其中1月和2月在亚喀巴湾北部和红海西部北部区域混合最深；而风应力在地形通道区域（如博阿布-曼德布海峡和托卡尔喷流区）产生显著的局部影响。

ABSTRACT

The seasonal and spatial evolution of mixed layers (MLs) in the Red Sea (RS) is analyzed for the 2001-2015 period using the results of a high resolution (~1km horizontal, 50 vertical layers) ocean circulation model forced by a novel regional high resolution (5 km) atmospheric reanalysis dataset. The simulation reproduces the main features of the near-surface stratification, as described by the available observations. The seasonal evolution of the modeled mixed layer depths (MLDs) in the RS is predominantly driven by atmospheric buoyancy forcing, especially its heat flux component. Everywhere in the basin the model MLs are deepest in January and February. The deepest MLDs develop in the northern parts of the Gulf of Aqaba and in the western parts of the north RS. The MLDs gradually shoal towards the south, reflecting the meridional gradient of wintertime surface buoyancy loss. In spring and summer, the surface ocean heat gain increases the stratification and the MLs are becoming shallow everywhere in the basin. During this season wind may have a significant local impact on the MLD. Particularly important are strong winds channeled by topography, such as in the vicinity of the Strait of Bab-Al-Mandeb and the straits connecting the two gulfs in the north, and lateral jets blowing through mountain gaps, such as the Tokar jet in the central RS. The MLD distribution further suggests influence by the general and mesoscale circulation. The complex patterns of air-sea buoyancy flux, wind forcing, and the thermohaline and mesoscale circulation, are all strongly imprinted on the MLD distribution.

研究动机与目标

• 理解2001–2015年期间红海混合层深度（MLDs）的季节性和空间变异性。
• 量化大气浮力强迫（感热通量）与动量强迫（风应力）对MLD演变的相对贡献。
• 评估中尺度和热盐环流在塑造MLD格局中的作用。
• 评估模型再现观测到的表层层结特征的能力。
• 识别尽管浮力强迫占主导地位，风应力仍对MLD产生显著局部影响的区域。

提出的方法

• 采用水平分辨率为1公里、垂直方向分为50层的高分辨率海洋环流模型。
• 利用新型区域大气再分析数据集（水平分辨率为5公里）作为海洋模型的强迫输入。
• 将大气浮力通量（感热与潜热通量）和风应力作为主要的大气强迫分量。
• 模拟2001–2015年期间，以捕捉MLD的季节性和年际变异性。
• 将模型输出与可用的表层层结观测数据进行对比验证。
• 分析MLD的空间与时间演变特征，以分离浮力与风应力强迫的贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 2001至2015年间，红海混合层深度（MLDs）的季节性和空间演变特征如何？
• RQ2 与风应力相比，大气浮力强迫（尤其是感热通量）在多大程度上主导了MLD的变化？
• RQ3 在哪些区域尽管浮力强迫占主导地位，风应力仍对MLD产生显著影响？
• RQ4 地形特征（如海峡和山口）如何调制红海中风驱动的混合过程？
• RQ5 中尺度与热盐环流模式在多大程度上影响了观测到的MLD分布？

主要发现

• 红海的混合层深度（MLDs）在1月和2月最深，最大深度出现在北部亚喀巴湾和红海西北部区域。
• 冬季表层浮力损失的经向梯度解释了向南红海方向MLD逐渐变浅的原因。
• 春季和夏季表层感热增益增强，导致整个盆地的层结增强，从而使MLD变浅。
• 风应力在地形通道区域（包括博阿布-曼德布海峡及连接北部海湾的海峡）对MLD产生显著的局部影响。
• 横向风喷流（如中央红海的托卡尔喷流）导致MLD的局部加深或调制。
• 模型准确再现了观测到的表层层结模式，验证了其在分析MLD动力学中的适用性。