大西洋中部湾表层洋流动力学：湾流与风驱动的相对作用机制解析

这篇研究通过高频雷达（HFR）观测与经验正交函数（EOF）分析，揭示了大西洋中部湾（MAB）表层洋流变率中湾流（GS）与风驱动的协同作用机制。研究发现，风驱动贡献约50%-80%的洋流变率，而湾流路径与速度通过复杂机制（如近岸涡旋与陆架锋相互作用）影响10%-30%的变率，为海岸-开放海洋动力耦合提供了新见解。

　　

1 引言

大西洋中部湾（MAB）作为连接开放海洋与北美东岸的关键区域，其洋流动态长期受风场主导，但湾流（GS）的远程影响机制尚不明确。研究基于6公里分辨率的高频雷达（HFR）数据（2020-2024年），首次系统性量化了GS与风驱动的相对贡献。

2 数据与方法

HFR数据捕捉了表层2.5米水体的流速，结合卫星高度计地转流速与NOAA/NCEP风场再分析数据，通过EOF分解将洋流速度场V(x,y,t)解耦为空间模态（EOF）与时间系数（PC）。创新性地将GS区域与近岸区域分离分析，以规避GS强信号对EOF结果的支配效应。

3 结果

3.1 风驱动的季节性洋流

冬季西北风与夏季西南风塑造了MAB洋流的年周期：冬季流速达0.15 m/s，风暴事件（如2022年飓风Ian残余）可引发瞬时1 m/s的急流。Ekman输运导致流速方向偏转风向右30-50°，近岸淡水排放（如切萨皮克湾）进一步调制局部流场。

3.2 湾流变率的影响机制

EOF分析显示：

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  模式1（37%变率）：全MAB协同振荡，与风暴过境相关（如2021年"炸弹气旋"）。

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  模式3：陆架锋与GS反相位振荡——当GS发生罕见近岸弯曲（如2023年9月），陆架锋显著弱化（图12）。

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  模式2：南北MAB异相波动，与GS强度（R=0.61）及风场纬向梯度强相关（图11）。

卫星高度计数据揭示GS路径年际差异：2021年4月GS南偏（35.2°N）时近岸离岸流增强，而2021年11月北移（37.8°N）伴随反气旋涡旋发育（图14）。

4 讨论与展望

研究证实风驱动贡献50-80%洋流动能，而GS通过三种途径影响海岸：

1. 1.

   直接动力耦合：GS近岸弯曲扰动陆架锋（贡献10-30%变率）；

2. 2.

   间接调制：GS强度变化改变风场-洋流响应效率；

3. 3.

   跨尺度关联：GS路径偏移与AMOC（大西洋经向翻转环流）等气候信号潜在关联。

未来需结合更长时序HFR与高分辨率模型，解析GS对海岸生态（如暖异常事件）及海平面上升的跨尺度影响机制。