物理海洋学

周慧副研究员,主要从事西太平洋海洋环流观测与动力学及其气候效应方面的研究,首次发现了赤道海洋大尺度环流能量耗散驱动湍流混合的新路径。曾三次作为国家自然科学基金委西太平洋开放共享航次首席科学家成功完成科考任务。先后主持多项国家自然科学基金项目,目前已发表论文40余篇,其中第一(通讯)作者论文20余篇。近五年在热带西太平洋海洋环流多尺度变异动力学及其气候效应研究方面取得了一系列创新性成果,在JPOJCGRLJGR等本学科JCR一区杂志发表第一(通讯)作者文章10余篇。作为骨干成员获得2017年度中国科学院杰出科技成就奖“热带太平洋西边界流研究集体”称号。2017年受中央电视台大型励志节目“开讲啦”邀请,作为特邀嘉宾讲述了我国海洋科考发展历程。热心科普工作,多次以演讲、讲座、科普文章等形式在科普中国、大众日报、网易新闻、光明日报、青岛新闻网、江苏卫视、湖南卫视等中央及地方媒体专访和报道。2019年获得青岛市道德模范称号及感动青岛道德模范提名奖。目前任西北太平洋海洋环流与气候试验(NPOCE)国际计划办公室执行主任。

一、研究领域     

西太平洋海洋环流多尺度变异动力学及其气候效应;

西太平洋湍流混合特征及动力机制;

二、招生专业及方向

物理海洋-海洋环流与气候环境效应;

资源与环境;

三、研究室及联系方                                                                                               

海洋环流与波动重点实验室,zhouhui@qdio.ac.cn; Tel: 0532-82896523  

四、承担的主要科研项目

 目前主要在研项目:

1)主持国家自然科学基金面上项目“西太北赤道逆流源区温跃层对称不稳定时空分布特征及其机制”,批准号:42276012,项目执行时间:2023.1-2026.12

2)主持国家自然科学基金面上项目“太平洋北赤道逆流多尺度变异及其动力机制”,批准号:41876009,项目执行时间:2019.1-2022.12

3)子课题负责人项目“中国科学院计划战略性先导专项B 印太交汇区海洋物质能量中心形成演化过程与机制”子课题XDB42040403

已经结题项目:

1)主持完成国家自然科学基金面上项目“菲律宾以东中尺度涡旋变异及其对北赤道流分叉变异的影响”一项,批准号:41376032,项目执行时间:2014.1-2017.12

2)主持完成国家自然科学基金青年基金项目“棉兰老岛以东环流结构及变化规律研究”,批准号:40806010,项目执行时间:2009.01-2011.12

3)青岛海洋科学与技术国家实验室深海专项项目“西太平洋深处海洋动力过程和气候效应”任务5负责人承担“菲律宾海深层大尺度环流年代际变异及其气候效应”研究工作,项目执行时间:2016.12-2019.12

4)鳌山科技创新计划项目“两洋一海”关键海区—印尼贯穿流源区海洋环流的结构特征和动力机制任务二“压力逆式回声仪观测试验负责人,项目执行时间:2016.6-2017.12

5)中国科学院战略性先导科技专项项目“主流系与西太平洋暖池变异机制及其气候效应”子任务“太平洋-印度洋物质能量交换过程及其影响”负责人,项目执行时间:2013.9-2018.5;

五、研究成果及奖                                                                            

(1) 发现了赤道海洋温跃层一种大尺度环流新的能量耗散驱动湍流混合新路径(Zhou* et al. 2022

海洋中的对称不稳定(SI)是可以有效实现能量从大尺度海流向更小尺度运动传递的一个重要途径,通常认为该过程发生在海表或地形边界附近。我们利用直接湍流观测和高分辨率数值模拟,发现了赤道海洋温跃层内由SI机制诱发的大尺度环流能量耗散并驱动强湍流混合现象。鉴于赤道海洋占据海洋很大面积且在气候变化中起着举足轻重的作用,该发现对于理解气候变化及其预测具有重要意义。该成果也得到了国内外多家科技新闻媒体,如中国科学报、美国物理研究门户网站PHYS.org等的报道。

(2) 首次揭示热带北太平洋经向地转输运年代际变异及其对太平洋年代际震荡(PDO)的可预报性 (Zhou et al. 2018; Zhou et al. 2019; Liu and Zhou* 2020).

PDO是年代际时间尺度上气候变率的一个重要信号,它对ENSO、全球气候长期变化等具有重要影响,但目前对其产生机制尚不清楚。我们研究发现热带北太平洋经向地转输运在超前PDO指数1-3年具有显著相关,表明其对PDO具有可预报性。再分析风场在该区域存在较大误差,从而导致Sverdrup理论估算的平均环流与真实海洋环流存在较大差异。该成果对了解风场误差对海洋环流及气候模拟的影响及气候年代际变异机理及其预测具有重要意义。

(3) 完善了两类厄尔尼诺对太平洋北赤道逆流(NECC)的影响特征及机理认识 (Zhou et al. 2021,JPO; Tan & Zhou*, 2018, GRL; Liu, Zhou* et al. 2021, JMS)

在年际时间尺度上,前人提出东部型(EPEl NinoNECC的流轴流量影响较强而中部型(CP)对其几乎没有影响。我们分析发现EPCP均对NECC产生显著影响;EP会引起中东太平洋NECC增强并南移,而CP对中西太平洋NECC产生影响。并利用西太航次数据揭示了厄尔尼诺发展期,NECC区域环流斜压不稳定为涡动能(EKE)提供能量来源。这一结果打破了低纬度海洋EKE的能量来源主要是正压不稳定的传统认知,完善了我们对厄尔尼诺现象的多样性及其对太平洋海洋环流的影响的认识。

4)发展了一种新的三维地转经验模态场方法 (Liu, Zhou* et al. 2021, JMS)

基于赤道西太平洋的压力逆式回声仪(PIES)观测,构建了气候态逐月三维地转经验模态场(MGEM),并利用该方法成功反演了西太海域次表层温盐剖面垂向结构,克服了传统GEM方法在该海域的应用弊端,为低纬海洋全水深连续观测特别是特别是垂直结构的高频变异监测提供了一种经济有效途径。

六、代表性论文及著作

1) Zhou*, H., Dewar*, W., Yang, W., Liu H., Chen* X., Li R., Liu C., G. Gopalakrishnan. Observations and modeling of symmetric instability in the ocean interior in the Northwestern Equatorial Pacific. Commun Earth Environ 3, 28 (2022). https://doi.org/10.1038/s43247-022-00362-4.

2) Zhou. H.*, H. Liu, S. Tan, W. Yang, Y. Li, X. Liu, Q. Ren, and W. Dewar (2021), The observed North Equatorial Counter Current in the far western Pacific Ocean during the 2014-2016 El Niño, Journal of Physical Oceanography, DOI: https://doi.org/10.1175/JPO-D-20-0293.1

3) Zhou. H.*, X. Liu, R. Li,Y. Wang,G. Yang (2021), Intraseasonal variability of the North Equatorial Current bifurcation off the Philippines, JGR-Oceans, DOI: https://doi.org/10.1029/2021JC017646

4) Zhou. H.*, Liu. X., and Xu. P., (2019). Sensitivity of Sverdrup transport to surface wind products over the tropical North Pacific Ocean. Ocean Dynamics, https://doi.org/10.1007/s10236-019-01260-8.

5) Zhou, H., D. Yuan, L. Yang, X. Li, and W. Dewar, 2018. Decadal Variability of the Meridional Geostrophic Transport in the Upper Tropical North Pacific Ocean. Journal of Climate, 31(15): 5891-5910.

6) Tan, S., and H. Zhou*, 2018. The observed impacts of the two types of El Niño on the North Equatorial Countercurrent in the Pacific Ocean. Geophysical Research Letters, 45(19): 10493-10500.

7) H. Liu, H. Zhou*, W. Yang, X. Liu, Y. Li, Y. Yang, X. Chen, X. Li (2021), A three-dimensional gravest empirical mode determined from hydrographic observations in the western equatorial Pacific Ocean, Journal of Marine Systems, Volume 214, 2021, 103487, https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2020.103487.

8) Liu X. & Zhou H.* (2020). Seasonal variations of the North Equatorial Current across the Pacific Ocean. JGR-Oceans, 125(6)DOI:10.1029/2019JC015895. IF 3.24

9) Zhou Hui*, Yuan Dongliang, Guo Peifang, Shi maochong, Zhang Qilong, Meso-scale circulation at the intermediate-depth east of Mindanao observed by Argo profiling floats. China Earth Sci, 53(3), 432-440, 2010.(SCI)

10) Yang W, Zhou H*, Wang Y, Liu J, Liu H, Liu C, Dewar W. Direct Measurements of Turbulence in the Upper Western Pacific North Equatorial Current over a 25-h Period. Sensors. 2022; 22(3):1167. https://doi.org/10.3390/s22031167

11) Huang R.X, Zhou H.* (2022), Circulation in the South China Sea is in a state of forced oscillation: Results from a simple reduced gravity model with a closed boundary. Acta Oceanol. Sin., 41(7):1-13. https://doi.org/10.1007/s13131-022-2013-5

12) S. Jiang, Jing Zhang, Hui Zhou, Yun Xue and Wei Zheng, (2021), Concentration of dissolved lead in the upper Northwestern Pacific Ocean, Chemical Geology, Volume 577, https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2021.120275.