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颠覆黑潮稳定洋流印象,台大首发现黑潮水层剖面像千层蛋糕



黑潮是全球第二大洋流,途经菲律宾、台湾、日本等国,也是洄游性鱼类喜欢搭乘的超通畅海洋高速公路,过去一直给科研界稳定洋流的印象。然而台大海研所团队引进水下探测机 Seaglider 观测太平洋海域,惊讶发现当黑潮区温度、盐度不同的水团相遇时不会混合,而是上下交错层叠,导致黑潮水文剖面看上去像千层蛋糕。

科学家知道黑潮(暖流)流速极快,年平均水温约 24~26℃,冬季约 18~24℃,夏季则可达 22~30℃;厚约 500~1,000 米,宽度 200 多公里,数十年来科研界一直认为黑潮水面下很稳定。

然而由台湾大学海洋研究所所长詹森领导的团队,利用全台第一具水下探测机 Seaglider 执行「黑潮流量及变异观测计划」,却发现黑潮一点也不沉稳,反而摇摆不定、忽胖忽瘦、时近时远。

2016 年 12 月~2017 年 3 月期间,可远端控制的无人水下载具 Seaglider 首次出海跑任务,于东部海域黑潮区进行三角形侧线量测,共完成 434 次下潜(~1,000米深处)跟上升,航程 2,095 公里,沿途记录水文、溶氧、萤光(可换算叶绿素浓度)、光背散射等参数。

虽然 Seaglider 最后是被出海捕捞的台湾渔民意外打捞上来、送回海岸巡防机关,团队去「失物认领」才不至于遗失这台耗资 650 万元购入的机器,但在这 87 天的旅程中,Seaglider 揭发了黑潮不为人知的秘密。

数据分析发现,当黑潮区 2 个温度、盐度互异的水团遭遇时,并不会立即混合成新水团,而是从水团界面上的扰动,藉着复杂的双扩散过程(Double diffusion),在黑潮横向截面里(尤其 500~800 米深之间)发展成两股水团上下交错层叠的结构,每层水平长度从 10~100 公里不等,层与层的厚度大约 50 米。

这种水团层叠现象于北极海、近赤道海域等低流速环境中常可被观测到,但强流区的相关资料还相当稀少,凸显出 Seaglider 研究黑潮的科学价值。

此外,传统方法是用盐温深仪(CTD)测绘水文断面,需要研究员亲自搭船出海操作,于 2~3 天内下放 CTD 8 次,常会遇到一个大问题:台湾与日本对台湾东部海域的领土界线暧昧不明,有些地区同时出现在台湾与日本的领土范畴内,詹森回忆笑说,团队就曾在这些海域中遇到日本海上保安厅的舰艇出面「赶船」,一艘重达 2,700 吨的巡视船紧紧跟在海研 1 号(只有 800 吨)研究船后方,研究人员此时通常必须摸摸鼻子溜回来。

现在改用 Seaglider 无人水下载具进行观测,至少研究人员不用再灰溜溜的快闪了。这篇研究于 8 月 6 日发布在《Nature》系列期刊《Scientific Reports》。

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