大阿古拉斯流的持续剖析

（图片来源：J。Vorneveld in Morris et al。（SAEON）2017）

图1 - Teledyne RDI ADCP安装在ASCA系泊阵列的顶部浮标中。 （信用：SAEON Egagasini Node。，http：//asca.dirisa.org/）

图2 - 莫桑比克海峡LOCO系泊阵列的位置。 （图片来源：H。Ridderinkhof（NIOZ）2006. https://goo.gl/FrCL2b）

图3 - 莫桑比克海峡LOCO停泊的后期设置。显示AD​​CP配置文件。刻度：深度（m），距离（km）。 （改编自H. Ridderinkhof等人（NIOZ）2010. https://doi.org/10.1029/2009JC005619）

在过去的二十年里，Greater Agulhas Current系统已经过广泛而持久的系泊阵列的详细检查。一个关键因素是捕获上层海洋强流输送的体积。出于这个原因，许多系泊线都配有俯视的Teledyne RDI ADCP。 （图片来源：J。Ullgren（NIOZ）2010. https://goo.gl/SJ4dWJ）

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南部非洲停泊了20年的ADCP

在过去的二十年里，南部非洲的充满活力和深邃的海流经历了持续的审查。 Agulhas Current系统位于南印度洋的西部边缘，具有复杂的循环模式 - 反射，曲折和环形。它们每年都表现出很大的变化。此外，这些流动还调节了世界三大海洋之间的交流：印度，大西洋和南方。

更重要的是，现在怀疑Greater Agulhas Current会影响全球气候系统。它的作用是预先调节后来进入全球翻转环流下行部分的水域。

测量这些电流一直是个挑战。为了捕捉它们的范围，测量需要深入。为了解决随时间变化的问题，需要持续进行测量。为了生存，持久的测量方法需要承受这些强大电流的能量。例如，水面漂流者，浮子和滑翔机很快被冲走。

对主要洋流进行长期测量的计划依赖于弹性系泊。为了测量上层海洋中的强电流，这些系泊带有ADCP。

在本报告中，我们回顾了二十多年来连续几次使用Teledyne RDI ADCP测量大阿古拉斯流的活动。为了帮助捕获这个令人难以置信的动态系统，每个活动都将ADCP固定在系泊线和海床上，作为广泛观测阵列的一部分。

十年来，荷兰科学家专注于为Agulhas供水的上游流的强度，变异性和结构。

后来，在南非的东南角，美国研究人员完成了监测三年的Agulhas当前时间序列实验（ACT）。他们的数据的一个用途是基于事实，为Agulhas Current的变化创建一个长期的基于卫星的指数。

现在，正在进行的多国计划继续开展工作 - 阿古拉斯系统气候阵列（ASCA）。它正在收集至少五年的持续观测资料，以探索区域和全球影响 - 特别是气候问题。

南部非洲的广泛和持久的电流监测
Agulhas Current流向非洲南部东海岸的极地。这一主流在当地和全球范围内发挥着各种影响。对于南部非洲，阿古拉斯影响着从海洋运输和区域天气到当地生物多样性的各种事物。在全球范围内，Agulhas水资源现在与地球气候系统相关联。

阿古拉斯携带的体积大约有六分之一离开印度洋进入大西洋。 Paleo研究表明，数量已经超过了数月。在南非的尖端下方，阿古拉斯的蜿蜒曲折，变成大直径的环。这些环向西传播到中央的S. Atlantic。它们为全球翻转环流的返回肢体提供了更温暖和更咸的水源。

气候研究的结果是对这些环变化的兴趣增加。相关研究已经考虑了触发他们在阿古拉斯的先行蜿蜒的原因。反过来，这引起了对进入更远上游的Agulhas系统的漩涡的关注。

为了揭示这种复杂性，过去二十年来，Greater Agulhas Current系统已经过广泛而持久的系泊阵列的详细检查。一个关键因素是捕获上层海洋强流输送的体积。出于这个原因，许多系泊线都配有俯视的Teledyne RDI ADCP。

另一方面，ADCP在这些水域中有着悠久的历史。 20世纪80年代中期，弗里茨·肖特教授（迈阿密大学）早期在非洲停泊的地方使用俯视ADCP，包括E. Madagascar Current。

Agulhas电流源实验（ACSEX）：2000-2001
到20世纪90年代末，科学家们不确定莫桑比克是否存在持续的边界流动以供给阿古拉斯。为了澄清这个问题，荷兰科学家在2000 - 2001年进行了Agulhas电流源实验（ACSEX）。该研究由NIOZ（荷兰海洋研究所）及其合作伙伴进行。该项目侧重于电流的强度，可变性和结构。

七个系泊跨越莫桑比克海峡一年。俯视ADCP安装在西侧500米深处，可能会出现边界电流。令人信服的发现是，通过海峡运输的水量和方向波动显着 - 远大于一年的平均值。研究人员得出结论，没有持久的莫桑比克海流。

通过海峡的水团和物业运输是由于常规的大型（直径300公里）漩涡向南移动。这些漩涡的通过在ADCP和电流表数据中很清楚。这有助于解释卫星数据。

综合分析强化了向南漂移的漩涡是动态催化剂的观点。它们不仅会引发Agulhas Current的中尺度变化，而且会影响转移到大西洋的水量。

长期海洋气候观测（LOCO）：2003-2012
由于其有趣的发现，ACSEX成为更长时间的观察研究的跳板。这是荷兰全球研究计划的一个组成部分，名为长期海洋气候观测（LOCO）。

从2003年开始，NIOZ及其合作伙伴在莫桑比克海峡最狭窄的地方，在17°S安装了七个深井。 LOCO项目多次重新部署了广泛的系泊阵列。整个阵列持续了七年，阵列减少甚至更长。

上部500米包含最强的电流。在初始阵列设计中，六个系泊设备顶部有来自Teledyne RDI的向上75 kHz ADCP。在海峡的西侧，系泊设备有近床ADCP，以观察暗流，这是指向赤道。

该数据集跨越多年，莫桑比克海峡的空间覆盖率始终令人印象深刻。随着可用记录的延长，荷兰科学家研究了通过海峡的体积传输的不同方面。特别是，需要这种长寿来看到与赤道和印度尼西亚地区的远程系统的联系。

研究人员发现运输的可变性可分为三类。对于较短的时间尺度，经过南方的重复大涡旋主导着运输的变化。基于较长的数据记录，这些估计在统计上更可靠。

对于季节性时期，流量的适度变化与印度洋盆地的风应力模式有关。

在年际时间尺度上，发现了比季节变化大得多的变化。这些体积运输的波动归因于大规模的气候波动。后者由区域气候指数-IOD（印度洋偶极子）确定。

由于数据集的持续时间很长，因此可以揭示这种微妙气候连接的细节。值得注意的是，在IOD气候指数的变化和供应给Agulhas Current的水量的相应变化之间发现了近12个月的滞后。

Agulhas当前时间序列实验（ACT）：2010-2013
再往南，另一个广泛的系泊阵列跨越了2010年至2013年的Agulhas Current。该项目是美国Agulhas当前时间序列实验（ACT），由迈阿密大学的Lisa Beal教授领导。 ACT部分位于南非东南海岸，水深4700米，沿着卫星高度计的地面轨道设置。

系泊阵列包括七个全深度系泊。最初，每个系泊设备顶部都有一个俯视的ADCP，以监控上部350米处的强流量。峰值速度几乎为2米/秒。在后来的部署中，电流核心附近的系泊被更深地终止。他们携带一个俯瞰75 kHz长游侠ADCP来测量上部500米的电流。

电流宽约200公里，深度达到3000米。输送的水量为每秒8400万立方米。据报道，在离开美国海岸的墨西哥湾流上游2000米处也有类似的排放。

除了量化Agulhas携带的水量之外，系泊数据还揭示了该运输如何随季节而变化。这些观察结果提供了支持先前卫星结果的基本事实。此前，后者受到了质疑。他们的年度周期阶段与计算机建模和莫桑比克海峡以北的观测结果“几乎相反”。

这种对系泊测量的验证对于科学家们能够将高度计数据用作电流传输的20年指数至关重要。该指数为检查当前季节性和年际变化提供了更长的记录。

自20世纪90年代以来，阿古拉斯对加剧全球风力模式的反应意义重大。阿古拉斯的平均流量没有增加。这一发现与一些理论预期不符。相反，当前领域的分布现在更广泛 - 归因于增强的涡流动作。一个连锁效应是与沿海水域的水特性交换。营养供应的这种变化可能会影响区域渔业。

Agulhas系统气候阵列（ASCA）：2015年至今
从2015年开始，Agulhas系统气候阵列（ASCA）占据与ACT相同的横断面，接近34°S。该项目包括来自几个国家的科学家。他们的目标是至少持续五年收集对Agulhas Current的持续观察。

ASCA阵列包括九个距离近200公里的系泊设备。在深水中有七个高的系泊到4500米。靠近岸边的是两个100米深的海床系泊处。后者使用300 kHz ADCP，而深度系泊使用75 kHz长Ranger ADCP。

这些时间序列将记录水特性的通量变化以及电流传输的体积。两个方面引起了特别的兴趣：几年来的变化以及与渔业重要的沿海水域的交流。

在解决其气候方面，ASCA项目将考虑整个流域的背景。将强调海洋的热量传输。

ASCA科学家计划将Agulhas Current的结果与内部信息合并。后者来自卫星和Argo剖面浮标。这些其他来源将量化怀疑会导致Agulhas系统变化的大规模机制（例如，风，远程海洋环流）。科学家们特别希望研究有关大阿古拉斯潮流对气候变化的响应的想法 - 尤其是全球风力系统。

展望未来
主要洋流对我们的生活环境的影响 - 从飓风到地球的气候 - 现在得到更广泛的认可。然而，发展这种理解一直是 - 并且仍然具有挑战性。

需要采用多种方法来澄清全球变暖的长期影响。系泊阵列主要洋流提供了必不可少的成分。研究人员使用计算机模型和基于卫星的观测来获得见解。漂移者，滑翔机和花车可以提供快照。然而，在这些深刻而充满活力的流动中，没有任何东西可以替代。

为了让科学家看到长期趋势和大规模连接，这些系泊阵列必须收集持续的时间序列。他们的仪表和系泊线必须具有弹性。必须测量高速上洋流。对于所有这些海洋观测要求，Teledyne RDI ADCP仍然是一个独特的相关解决方案。