《Frontiers in Marine Science》：Characteristics and mechanisms of intraseasonal oscillation of mixed layer salinity in the western formation region of North Pacific Tropical Water
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本研究基于锚系浮标与SMAP卫星数据，揭示了北太平洋热带水（NPTW）西源区混合层盐度存在32天与16天的显著次季节振荡，并呈现冬春季强、夏秋季弱的季节特征。分析表明，与马登-朱利安振荡（MJO）密切相关的蒸发减降水（E-P）是驱动该振荡的主导机制，海洋平流过程起次要作用。
文章内容归纳总结
引言
北太平洋热带水（NPTW）是北太平洋中部的一股高盐水团，其形成主要源于蒸发远大于降水。形成后，NPTW下沉至次表层，随后被北赤道流（NEC）向西输送，抵达菲律宾海岸后分叉，一支向北由黑潮（KC）输送，另一支向南由棉兰老流（MC）输送进入热带环流。作为北太平洋咸水的主要来源之一，NPTW对调节北太平洋乃至全球的海洋环流和气候变率具有重要作用。
前人研究表明，NPTW有两个形成区，分别位于北太平洋副热带环流中心部分的西部和东部（见图1a）。尽管两区均呈现高盐特征，但混合层盐度（MLS）变化存在显著差异。在东部形成区，季节变化占主导，混合层变浅时期（3月至9月）因蒸发过剩导致MLS增加；混合层加深时期（10月至2月）则因混合层底部较淡水的夹卷作用超过蒸发过剩，导致MLS减少。而在西部形成区，MLS的年际变率突出，无明显季节周期，主要受蒸发、降水和涡动扩散的年际波动影响，夹卷作用相对较小。无论是东部形成区的季节变化还是西部形成区的年际变化，盐度变化均主要受淡水通量控制。
除季节和年际变率外，大量研究探讨了NPTW次表层盐度的年代际变率，主要集中在NPTW形成区以西的137°E经向断面。该变率表现为叠加在长期淡化趋势上的准年代际振荡，主要受太平洋年代际振荡（PDO）通过改变表面淡水通量（E-P）和大尺度海洋环流调整所调控。
综上所述，以往对NPTW盐度变率的研究主要集中在季节至年代际的低频变化上。迄今为止，对次季节盐度变率的研究较少，其潜在机制仍不清楚。然而，已有大量研究记录了太平洋其他区域的次季节海表面盐度（SSS）变率。在西热带太平洋，次季节SSS振荡主要受MJO相关过程控制；在东热带太平洋，则主要受源自沿海海湾并向西传播的中尺度涡旋影响。鉴于这些不同机制，NPTW形成区次季节振荡的特征和动力学是否与西/东热带太平洋相似，或受独特过程控制，尚不明确。因此，驱动NPTW形成区次季节SSS变率的主导机制是什么？本研究旨在回答这一关键科学问题。
数据与方法
本研究使用了多种数据。首先，利用了部署于NPTW西源区（20.5°N, 176°E）的锚系浮标于2019年10月20日至2020年8月27日获取的盐度剖面数据。其次，使用了土壤湿度主被动探测（SMAP）卫星提供的2015年6月1日至2022年5月31日的日平均海表面盐度（SSS）数据。此外，还综合了全球降水气候计划（GPCP）降水数据、客观分析海气热通量（OA Flux）蒸发数据、海洋表面流实时分析（OSCAR）海表流数据、先进散射计（ASCAT）海表风数据以及向外长波辐射（OLR）数据。
本研究关注周期为5至35天的盐度次季节变率，因此所有数据集均进行了5-35天的带通滤波以提取次季节振荡信号。季节划分为：春季（3-5月）、夏季（6-8月）、秋季（9-11月）、冬季（12月至次年2月）。此外，研究采用了混合层盐度收支方程来分析各物理过程对MLS变化的贡献。
结果
NPTW西源区MLS次季节变率特征
时间-深度剖面图显示，上层150米盐度存在显著的次季节变率，且在冬季至初夏（12月至5月）更强。小波分析进一步揭示了盐度的多频率振荡：准双周信号（约16天周期）主要出现在混合层上层40米，能量峰值在2-3月；次季节变率（约32天周期）垂直穿透力更强，可延伸至混合层底部以下70米深度，且主要在1-5月显著。两者均表现出明显的季节调制特征，冬春季信号强于夏秋季（见图2）。
浮标观测的40米层（代表混合层）盐度时间序列与蒸发减降水（E-P）的对比显示，MLS变率与E-P密切相关，淡水通量增加导致盐度降低，这种关系在12月至3月最为明显（见图3）。这凸显了表面淡水通量在诱发MLS次季节变率中的主导作用。
MLS次季节变率机制
季节平均的SSS次季节均方根（RMS）分布表明，SSS的次季节变率在冬季最显著，其次是春季，而夏秋季则弱得多（见图4）。E-P的RMS值呈现出与SSS相似的季节模式，特别是在冬季，NPTW西源区北部的E-P变率很强，这与该区域高SSS RMS的区域基本重合，表明表面淡水通量可能在驱动该区域次季节SSS变率中起关键作用。
点对点相关分析显示，在20°N以北的大部分区域，SSS异常与E-P异常的相关性显著，超过了95%置信水平。然而，在SSS和E-P变率均很强的东北部（>27°N）部分区域，两者相关性较低且不显著，表明该区域的次季节盐度振荡不仅受E-P影响，也受海洋动力过程调制。
OSCAR海表流数据的分析则显示，表面流速的次季节变率呈现不同的季节模式，冬季变率明显弱于其他季节，这与SSS和E-P的模式不匹配（见图6）。这印证了海洋平流过程并非该区域SSS次季节变率的唯一驱动因子。
对2019年10月20日至2020年8月27日期间三次强次季节振荡事件的个例分析（选取第三次事件详述）揭示了清晰的演变过程（见图8和图9）。在-15天至0天（MJO活跃期），研究区域受气旋性风异常影响，对流增强、降水增加，E-P为负值，导致SSS显著降低。在0天至+15天（MJO抑制期），该区域受反气旋性风异常控制，对流减弱、降水减少，E-P转为正值，导致SSS增加。
MJO相位图分析确认，在这三次事件中，盐度负异常加剧时，MJO正处于第5和第6相位（对应西太平洋区域），且振幅超过1，表明MJO处于活跃状态（见图10）。
讨论
结合混合层内水温、盐度和密度在垂直方向上基本均匀的特性，以及SMAP表面盐度与浮标测量的混合层盐度之间的高相关性（见图7），本研究在分析混合层盐度次季节振荡机制时主要利用了海表面数据。
通过多时间尺度比较发现，在季节和年际时间尺度上，NPTW西源区的SSS变化主要受蒸发和降水控制，这与本研究揭示的SSS次季节变化的动力学机制一致。虽然结果清楚地表明与MJO相关的淡水通量在混合层盐度的次季节振荡中起主要作用，但这一结论基于相关性分析和个例分析等定性方法。淡水通量和平流效应的相对贡献尚未通过定量手段进行分离。
因此，研究对第三次事件的活跃期和抑制期进行了混合层盐度收支分析（见图11）。在活跃期，盐度倾向项为负，表明盐度降低。淡水通量项贡献为负，而平流项贡献为正，意味着降水超过蒸发促使盐度降低，而较咸水体的平流输送则部分抵消了这种淡化效应。在抑制期，盐度倾向项为正，表明盐度增加。淡水通量项贡献为正，而平流项贡献为负，意味着蒸发超过降水促使盐度增加，而较淡水体的平流输送则抵消了部分盐化效应。在两个阶段，淡水通量贡献的幅度都超过了平流项，这定量证明了表面淡水强迫（E-P）是混合层盐度变率的主导控制因子，而平流起次要作用。
本研究主要关注次季节振荡，对准双周振荡（QBWO）的分析有限。前人研究表明，西北太平洋的QBWO影响可延伸至20-30°N纬度。大气QBWO变率通过耦合的风驱动环流和对流降水异常在准双周时间尺度上调节混合层盐度。同时，MJO不同相位会动态和热力学地调制对流耦合的混合罗斯贝重力波。因此，在MLS中观测到的QBWO信号可能部分受向西传播的准双周尺度混合罗斯贝重力波的影响，但这需要未来进一步研究。
结论
本研究通过对浮标盐度、SMAP SSS、ASCAT表面风、GPCP降水、OA Flux蒸发和OLR等多种数据的综合分析，探讨了NPTW西源区混合层盐度（MLS）次季节变率的特征和机制。结果表明，该区域存在约32天和16天的显著MLS次季节振荡。浮标盐度测量和多年平均SMAP盐度数据均证实，盐度的次季节变率呈现明显的季节模式，冬春季信号强，夏秋季显著弱。多年平均盐度与淡水通量和海流的相关性分析表明，次季节变化的这些季节差异主要受E-P通量控制，海洋平流过程也可能贡献于这些季节差异。
对2019年10月20日至2020年8月27日观测数据的分析显示，所有三次显著的MLS次季节事件均仅发生在冬季或春季。对三次事件的个例分析进一步揭示，这些显著的MLS次季节振荡主要由马登-朱利安振荡（MJO）活动强迫产生。MJO对研究区域的MLS变化有显著控制作用。在MJO活跃期，研究区域受气旋性风异常影响，对流增强和降水增加导致MLS显著降低。类似地，在MJO抑制期，该区域受反气旋性风异常控制，导致对流减弱和降水减少，从而使NPTW西源区盐度增加。除了MJO引起的淡水通量变化的主导影响外，海洋平流过程在MLS次季节振荡中起次要作用。
