Journal of Marine Sciences >

2025 , Vol. 43 >Issue 3: 21 - 31

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-909X.2025.03.003

Intermediate currents and midwater plumes in deep-sea mining areas of the Pacific Ocean based on Argo trajectory data

  • LIU Nuan , 1 ,
  • XU Dongfeng , 1, * ,
  • YAO Zhixiong 1 ,
  • WANG Jun 1 ,
  • LIU Zenghong 1 ,
  • YANG Chenghao 1 ,
  • YANG Haiyan 2 ,
  • BAO Hairong 1
Expand
  • 1. State Key Laboratory of Satellite Ocean Environment Dynamics, Second Institute of Oceanography, MNR, Hangzhou 310012, China
  • 2. Beijing Pioneer Hi-Tech. Development Corporation Ltd., Beijing, 100081

Received date: 2025-01-01

  Revised date: 2025-04-25

  Online published: 2025-10-15

Fold

Abstract

To assess the potential impact of plumes generated by deep-sea mining on the midwater ocean, this study systematically analyzed the flow field characteristics of the intermediate currents at the 1 000 m and 2 000 m in deep-sea mining areas of the Pacific Ocean (Western Pacific: Block C, Block M, Block CW, Block WJ; Eastern Pacific: Block A5, Block KW, Block EK, Block A12678, Block A3, Block A4) and predicted the zonal movement trend of midwater plumes. The analysis was based on the global Argo float trajectory and mid-depth current dataset from the China Argo Real-Time Data Center covering the period from August 1997 to October 2024, combined with data from 3 moored observation stations. The results show that: (1)The currents at the 1 000 m layer in the Pacific mining areas are mainly controlled by zonal currents, with the velocity of eastward jets being greater than that of westward jets. The velocity and direction of currents in the mining areas are sensitive to changes in latitude. (2)The eastward jets that affect the 1 000 m flow field in the Western Pacific mining area have the center located at 14°N (weak) and 18°N (strong). Under their influence, in the southern part of the Block M, the midwater plumes move eastward. In other areas, the midwater plumes move slowly westward.(3) The eastward jets that affect the 1 000 m layer of the Eastern Pacific mining areas have the centers located at 7°N and 9°N. They are stronger in summer and autumn, and weaker in winter and spring. (4)The flow field directional characteristics in the 2 000 m area of Block M, Block A5, Block KW and Block EK are the same as those in the 1 000 m layer, indicating that the depth affected by jets can reach 2 000 m.

Key words： Argo trajectory; intermediate circulation; midwater plumes; deep-sea mining; environmental impact assessment

Cite this article

LIU Nuan , XU Dongfeng , YAO Zhixiong , WANG Jun , LIU Zenghong , YANG Chenghao , YANG Haiyan , BAO Hairong . Intermediate currents and midwater plumes in deep-sea mining areas of the Pacific Ocean based on Argo trajectory data[J]. Journal of Marine Sciences, 2025 , 43(3) : 21 -31 . DOI: 10.3969/j.issn.1001-909X.2025.03.003

0 引言

深海矿产资源是缓解未来全球资源短缺的关键储备,中国在太平洋的深海矿区(集中位于北太平洋低纬度海域)主要勘探多金属结核与富钴结壳[1]。在深海采矿作业中,若矿物运输管道废水在温跃层下的中层(1 000~2 000 m)泄漏,废水中 1~100 μm 的细小颗粒物会随环境流场形成中层羽流(midwater plumes)[2]。这类颗粒物的沉降速率极低(10-7~10-3m/s),可在中层水中长期悬浮,缓慢扩散至矿区外数千公里,对深海生态系统造成持续性威胁[3]。因此,深入分析深海矿区中层流场特征,评估中层羽流的影响范围,对深海采矿活动至关重要。
国际Argo计划实施 20 余年来积累的浮标轨迹数据,具有覆盖广、成本低、流场细节刻画准确等优势,已成为研究中层流场的核心资料[4-5]。CRAVATTE等[6]分析Argo轨迹资料发现,在南北纬10°之间、1 000 m深度的太平洋,存在横跨整个太平洋的一系列东、西方向交替的射流。其中,分布在赤道太平洋中层的射流被称为赤道深射流(equatorial deep jets,EDJs)[7-8]。在EDJs南北侧低纬度海区存在东、西方向交替的纬向流,宽度在1.5°左右,平均流速约为5 cm/s,其中东向流的内部涡动能较西向流高[9]。纬向流在太平洋西部和中部的带状特征明显,自西向东,深度变浅、速率减小、位置向极偏转;从赤道向两极,纬向流的深度加深[10-13]。QIU等[14]利用Argo温度、盐度资料发现,太平洋带状纬向流可以达到2 000 m深度。
太平洋低纬度中层带状纬向流的能量来源和形成机制目前仍存在争议。大多数研究认为,由季节性风场强迫引起的年周期罗斯贝波,是赤道外带状纬向流的重要能量来源并且主导了纬向流的季节变化[6,12,15-16]。风场和西边界流的不稳定性触发的热带不稳定波,其部分能量向下传播,可以用来解释EDJs 的生成及其年内变化[9,15,17]。由太平洋带状纬向风强迫和地形作用所产生的上升、下降流和东太平洋温跃层变浅,被认为是东向射流输运在下游减少,西向的南赤道流下游输运增强的原因[10,18-19]。
因实测数据缺乏,目前的研究对大洋中层流场的精细刻画,尤其是对太平洋纬向射流的影响和分析存在不足。本文基于全球Argo浮标轨迹和中层流数据,分析、刻画了太平洋深海局地(矿区)1 000 m和2 000 m的纬向流空间特征,并通过Argo浮标轨迹预测了中层羽流的漂移路径,为深海采矿环境风险评估和管理提供科学依据。

1 研究区域

本研究中的深海矿区均位于北太平洋低纬度海域,分布广泛且零散,依地理位置将其划分为10 个矿区,各矿区范围以及矿区内浮标数据介绍见表1。
表1 矿区信息和采用的数据

Tab.1 Delineation of mining areas and data utilized

矿区 经纬度 水深1 000 m 水深2 000 m
途经矿区的Argo数量/个 矿区内Argo中层流速数据/个
C 156°E—161°E, 21°N—24°N 24 739
M 151°E—156°E, 18°N—20°N 35 553 锚系MX02
采薇(CW) 154.5°E—156°E, 15°N—16.5°N 18 92
维嘉(WJ) 156°E—157.5°E, 12°N—13.5°N 13 129
A5 154°W—157°W, 8°N—11°N 34 520 锚系MX03[20]
KW 151°W—155°W, 8.5°N—11.5°N 42 752 Argo(5901332)
EK 141°W—147.5°W, 7°N—9.5°N 48 908
A12678 138°W—145°W, 11°N—13.5°N 46 932
A3 120.5°W—122°W, 14.5°N—16.5°N 17 212
A4 122°W—123°W, 12°N—13°N 9 59
总计/个 286 4 896 3

注:各矿区位置见图1。

2 数据来源与处理

2.1 Argo浮标数据

本文使用的中层流数据源于中国Argo实时资料中心(China Argo Real-time Data Center,CSIO)的全球Argo浮标轨迹和中层流数据集[21],数据时间跨度为1997年8月—2024年10月,包含超过1.6万个浮标记录,关键参数包括定位坐标(经度和纬度)、观测时间、中层漂移速度[21]、循环号(1个循环约10天)及漂移深度。下载地址为:ftp://data.argo.org.cn/pub/ARGO/float_trajectory。
Argo中层流速的误差主要来源于海表漂移与海面下垂向剪切,这两种来源的误差均具有相当的幅值且呈现区域差异[22]。早期浮标的海表停留时间长达12 h,误差较大,随着铱卫星通信技术应用,浮标的海表停留时间缩短至15 min,计算精度显著提升[23-24]。本研究纳入的早期数据经Park外推法校正,该方法可将综合误差控制在 0.2 cm/s 量级[25]。另外,结合夏一凡等[26]的研究可知,垂向剪切误差和海表漂移误差均低于0.4 cm/s,远小于太平洋中层纬向射流平均流速(约 5 cm/s),对分析结果的影响可以忽略。

2.2 锚系数据

为验证Argo中层流速的准确性并且补充2 000 m水深数据,本研究收集了 3 个锚系站位观测数据,站位的具体信息如下:MX01站(19.37°N, 153.67°E),布设于西太平洋 M区,数据由声学多普勒流速剖面仪采集,采样间隔为60 min,观测时间为2022年11月25日—2023年10月10日;MX02站(18.8°N, 152.8°E),布设于西太平洋 M区,深度约2 000 m,数据由海流计采集,采样间隔为60 min,观测时间为2021年10月27日—2022年11月28 日;MX03 站(9.25°N, 156.45°W),布设于东太平洋 A5区,深度为1 930 m,数据由海流计采集,采样间隔为30 min,观测时间为2019年8月13日—2021年10月21日[20]。

2.3 数据处理

2.3.1 数据筛选

Argo浮标在漂移过程中存在上下浮动,本研究中Argo浮标漂移深度为 1 000±200 m,将其中初始深度更改的记录剔除。在Argo轨迹数据的筛选中,剔除人为调整周期(<5 天)的数据。

2.3.2 纬向流速纬向平均的计算方法

在每个矿区经度范围内,每隔 0.1°(纬度)对Argo中层流速的纬向分量进行纬向平均,再进行5点滑动平均,即得到该矿区中层流纬向流速的纬向平均值。

2.3.3 中层羽流移动特征关键参数定义

本文利用Argo浮标轨迹表征中层羽流的纬向移动。为量化Argo轨迹的移动特征,定义以下关键参数:
1)显著纬向位移:当Argo轨迹起点与终点的经度差超过5°,视为其发生了显著纬向位移,终点在起点以东/西,表示显著东移/西移;
2)平均纬向速度(u):Argo浮标漂移过程中纬向速度的平均值,正值表示东向移动,负值表示西向移动;
3)平均速度(V):Argo浮标漂移过程中移动速度的平均值;
4)纬向主导性系数(R):R=|u|/V,用于表征纬向移动在Argo总漂移中的相对强度,R值越大,纬向移动(东向/西向)的主导性越强,方向更稳定。
5)年平均移动距离:通过平均纬向速度u计算得到。

2.4 Argo中层流速的准确性验证

采用M区内MX01站的锚系ADCP数据来验证Argo数据的准确性,该ADCP数据的计算深度为870 m。筛选MX01站位附近(经度范围为M区的东、西边界,纬度范围为MX01站南、北各0.1°内)的Argo浮标漂移记录,发现仅5906818号浮标(19.27°N—19.47°N, 151°E—156°E)符合要求,该浮标的漂浮深度为1 000 m,共有12 个循环(1个循环为10 天),时间跨度为2023年1月2日—2023年6月21日。Argo浮标和锚系ADCP(MX01站)验证数据计算的中层流的平均流速、标准差及相对误差见表2,二者平均纬向流速的相对误差仅为2.73%,说明Argo中层流速的准确性高,可以反映研究区域的中层海流情况。
表2 基于Argo 和ADCP的1 000 m深度纬向流速比较

Tab.2 Comparison of zonal current velocities at a depth of 1 000 m based on Argo and ADCP

数据来源 平均值
/(cm·s-1)		 标准差
/(cm·s-1)		 相对误差/%
ADCP(MX01站) -2.56 5.21 2.73
Argo(5906818) -2.63 1.39

3 结果与分析

3.1 1 000 m水深的流场特征

太平洋(2°S—30°N)1 000 m水深的纬向流的空间分布(图1)显示,在低纬度区,纬向流的特征主要为:西太平洋强,东太平洋弱;东向流强,西向流弱。0°—10°N,射流横跨洋盆,带状特征明显,在西太平洋,东向射流的流轴中心在2°N、5°N和8°N,至东太平洋,流轴中心变为2°N、5°N、7°N和9°N。14°N和 18°N 东向射流流经西太平洋矿区,其中,14°N东向射流相对较弱,经过西太平洋WJ矿区后迅速减弱、消失[14];18°N附近的东向射流速率大、流幅宽,从菲律宾东部一直延伸到夏威夷[27]。7°N和9°N东向射流分别流经东太平洋EK和A5、KW矿区。
图1 太平洋1 000 m深度平均纬向流、锚系站位及矿区位置的分布

Fig.1 The distribution of mean zonal velocities, mooring stations and locations of mining areas in Pacific Ocean at 1 000 m depth

3.1.1 西太平洋矿区1 000 m水深的流场特征

从图2中的海流玫瑰图可见,在西太平洋的4 个矿区,西向流的占比都大于东向流,除M区以外,其余3个矿区的平均纬向流方向均向西(表3)。对比各矿区纬向流速的纬向平均发现,在14°N、 18°N 东向射流附近的WJ区和M区,纬向流方向可在1°~2°内发生反转。在M区,虽然西向流的占比远大于东向流,但速率明显小于东向流,特别是在18°N附近,平均纬向流的方向向东,且速率可达到5.52 cm/s(图2)。
图2 西太平洋矿区1 000 m深度的流速玫瑰图、纬向流速的纬向平均以及Argo轨迹

Fig.2 Rose diagrams of velocities, zonally averaged velocities of zonal component and Argo trajectories at 1 000 m depth of mining areas in the West Pacific

表3 西太平洋各矿区内平均纬向流速和离开矿区后的Argo轨迹

Tab.3 The average zonal velocity within each mining area in the Western Pacific and Argo float trajectories after leaving the mining areas

矿区 平均纬向流速
/(cm·s-1)		 Argo显著西移 Argo显著东移
Argo数量
占比		 u/(cm·s-1) V/(cm·s-1) R 年移动距
离/km		 Argo数量
占比		 u/(cm·s-1) V/(cm·s-1) R 年移动距
离/km
C -0.39±3.00 12/24 -1.16±0.68 3.63±0.69 0.32 365.82 0/24
M 0.13±4.03 13/35 -1.53±0.47 3.76±1.01 0.41 482.50 11/35 3.63±2.32 6.74±2.45 0.66 1 144.76
CW -1.01±3.66 9/18 -1.60±0.77 4.50±0.92 0.36 504.58 1/18 0.56±0.00 4.61±0.00 0.12 176.60
WJ -0.64±3.57 7/13 -1.88±0.92 4.06±4.03 0.46 592.88 2/13 1.15±0.88 4.23±0.93 0.27 362.66

注:Argo显著西移/东移、u、V和R的定义见2.3.3.

由表3和图2c、2f、2i、2l可知,西太平洋各矿区的中层羽流主要向西移动。C区纬向流以向西为主,流速较低,Argo轨迹均呈西向或局部扩散,即羽流在矿区附近缓慢西移。在M区南部,Argo轨迹呈显著东移,R值达0.66,即羽流向东移动,且方向稳定,年移动距离可达1 144.76 km;在M区北部,羽流向西移动的概率大,年平均移动距离为482.50 km。CW区的18个Argo轨迹中,9个呈显著西移,1个呈显著东移,表明羽流总体向西。在WJ区,仅北部有2个Argo显著东移,即羽流总体向西,年移动距离为592.88 km。
西太平洋矿区流场强弱和流幅的季节变化不明显,均表现出14°N、18°N附近平均纬向流向东,且速率较大的特征,其中18°N较14°N附近的流速更大、流幅更宽(图3)。
图3 西太平洋矿区1 000 m深度纬向流速纬向平均的季节变化

Fig.3 Seasonal variations of zonally averaged velocities of zonal component at 1 000 m depth of mining areas in the Western Pacific

3.1.2 东太平洋矿区1 000 m水深的流场特征

根据表4可知,在A5、KW和EK区,1 000 m流场以东向占优;在A12678、A3和A4区,流场以西向占优。流速玫瑰图(图4)显示,在A5区,流场的纬向特征最明显;在 KW和EK区,东向流向东北方向偏转,西向流向西南方向偏转;在A12678区,纬向流占优的特征减弱,方向偏转更为明显;在A3和A4区,流场以纬向占优的特征消失。
表4 东太平洋各矿区内平均纬向流速和离开矿区后的Argo轨迹

Tab.4 The average zonal velocity within each mining area in the Eastern Pacific and Argo float trajectories after leaving the mining areas

矿区 平均纬向流速
/(cm·s-1)		 Argo显著西移 Argo显著东移
Argo数量
占比		 u/(cm·s-1) V/(cm·s-1) R 年移动距
离/km		 Argo数量
占比		 u/(cm·s-1) V/(cm·s-1) R 年移动距
离/km
A5 0.50±4.60 20/34 2.01±1.44 4.60±0.63 0.44 633.87 4/34 1.32±0.75 5.29±0.43 0.25 416.28
KW 0.26±4.74 24/42 -1.85±1.22 4.55±0.50 0.41 583.42 5/42 1.63±0.71 5.31±0.69 0.31 514.04
EK 0.33±4.61 14/48 -1.90±1.42 4.72±0.64 0.40 599.18 18/48 1.71±1.55 4.44±0.93 0.39 539.27
A12678 -0.29±4.22 22/46 -2.41±1.90 4.86±0.94 0.50 759.92 5/46 1.26±0.88 4.67±0.70 0.27 397.35
A3 -0.15±2.41 8/17 -0.89±0.27 3.54±0.89 0.25 280.67 3/17 0.70±0.65 3.12±0.22 0.22 220.75
A4 -0.59±3.21 4/9 -1.78±0.97 4.53±0.52 0.39 561.34 1/9 0.48±0.00 3.01±0.00 0.16 151.37

注:Argo显著西移/东移、u、V和R的定义见2.3.3.

图4 东太平洋矿区1 000 m深度的流速玫瑰图、纬向流速的纬向平均以及Argo轨迹

Fig.4 Rose diagrams of velocities, zonally averaged velocities of zonal component and Argo trajectories at 1 000 m depth of mining areas in the East Pacific

由图4b、4e、4h、4k、4n、4q可知,各矿区1 000 m深度的平均纬向流对纬度变化均较敏感,这一特性在纬度较低的A5、KW和EK区表现突出。在A5区内,平均纬向流方向随纬度发生了2次转变,纬向流向东的位置与9°N东向射流一致;KW区南部和EK区南部,平均纬向流向东的位置也与9°N 或7°N东向射流位置一致。
结合表4和Argo轨迹图分析东太平洋各矿区中层羽流的纬向移动趋势。在各矿区中,EK区是唯一一个Argo显著东移占比高于西移的矿区,其他矿区均以显著西移为主,年平均移动距离(西移)为280.67~759.92 km。各矿区东向平均纬向速度u和比值R均低于西向,表明东向流对羽流的长期驱动力较弱,羽流西向移动更稳定(表4)。显著东移的Argo轨迹主要分布在A5区10°N—11°N(4 个),KW区10.5°N—11.5°N(4 个),EK区7°N—8°N(10 个)和A12678区11°N—12°N(4 个),与7°N或9°N东向射流的位置一致。
图5显示,流经东太平洋矿区的纬向流,其流速和流幅存在明显的季节变化。 7°N和9°N东向射流在夏秋季节的流速大、流幅宽,在冬春季节的流速小、流幅窄;位于7°N和9°N东向射流之间的西向流,夏秋弱,冬春强,流速和流幅的季节特征与东向射流相反。
图5 东太平洋矿区1 000 m深度纬向流速纬向平均的季节变化

Fig.5 Seasonal variations of zonally averaged velocities of zonal component at 1 000 m depth of mining areas in the Eastern Pacific

3.2 太平洋矿区2 000 m水深流场特征

Argo浮标在 2 000 m 深度的漂移数据稀缺,仅有5901332号浮标经过研究区(东太平洋KW与EK区)。基于该Argo浮标数据,结合西太平洋(M区)MX02站位、东太平洋(A5区)MX03 站位的锚系数据,分析2 000 m 流场特征。
MX02 站位2 000 m 海流的平均流速为4.97 cm/s,平均纬向流速为-0.64 cm/s,主导流向为西向(图6a),与1 000 m特征一致。从图6b可见,在观测的398 天内,流场发生了多次东、西方向的转变,总体向西,即在M区2 000 m深度,羽流以西向为主,与1 000 m深度相似。
图6 MX02站的流速玫瑰图(a)和锚系浮标前进矢量图(b)

Fig.6 The velocity rose diagram (a) and the forward vector diagram of the moored buoy (b) of MX02 station

图7显示,Argo浮标5901332进入EK区后,其流向在连续3年(2008—2010年)的6、7月份均发生了由西向东的转变,这与1 000 m深度夏秋季东向射流增强的现象一致;转向的位置位于8°N—10°N,也与1 000 m深度9°N东向射流的位置基本一致(图5c)。
图7 2 000 m深度的Argo 浮标轨迹(5901332)(a)及其纬向速度时间序列(b)

Fig.7 Trajectory of the Argo buoy(5901332) at a depth of 2 000 meters (a) and its time series of zonal velocity (b)

MX03站锚系数据(A5区,9.25°N,1 930 m)显示,观测期间海流的平均纬向流速为3.95 cm/s,平均流速为7.34 cm/s,主导流向为东向[20]。该处1 000 m水深纬向流速为2.41 cm/s,平均流速为5.21 cm/s,主导流向为东向(图4)。对比2 000 m和1 000 m流场发现,东向流在2 000 m 的速度更大、动力更强,表明2 000 m羽流东移能力较1 000 m更强。

4 讨论

4.1 数据可靠性与局限性

本研究基于1997—2024年Argo数据(超1.6 万个浮标)计算了中层流速,并与MX01 站锚系数据对比发现,1 000 m平均纬向流速相对误差仅2.73%,表明采用Argo中层流分析的矿区1 000 m流场结果是可靠的。但本研究也存在一定局限性:一是2 000 m数据稀少,仅1 个Argo浮标和2个锚系站位数据,未能覆盖所有矿区,对深层流场特征的刻画可能不全面;二是对于早期Argo浮标数据,由于浮标在海表停留时间长(12 h),虽经 Park 外推法校正,仍可能导致基于浮标轨迹分析的羽流扩散结果偏差过大;三是对于部分东太平洋矿区(A3、A4区),Argo轨迹数不足50条,其统计结果的代表性可能受限。

4.2 太平洋中层羽流和纬向流的影响因素

4.2.1 东向射流对中层羽流的调控作用

西太平洋18°N左右的东向射流较强,最大流速可达5.52 cm/s,向东延伸至夏威夷海域[27],受其驱动,M区南部的中层羽流稳定向东,年移动距离为1 144.76 km;而14°N左右的东向射流较弱(离开矿区消失),仅能驱动中层羽流短期向东,表明射流强度与延伸距离决定了中层羽流特征。东太平洋 7°N、9°N东向射流的季节变化(夏秋强、冬春弱),导致中层羽流东向概率呈现显著季节差异,这与风场强迫产生的罗斯贝波传播有关——夏秋季节风场强迫增强,罗斯贝波能量向下传播,射流流速增大、流幅拓宽,纬向流向东的驱动力提升[28-29]。

4.2.2 纬向流区域差异及其成因

在东太平洋矿区,同一矿区内纬向流呈现不同特征,本质是其对纬度的高敏感性与东向射流空间分布不均的结果。7°N、9°N 东向射流的东向衰减、北移,导致纬向流的东向特征从西向东逐渐减弱。A3 和A4区纬向流占优特征消失,与东海岸美洲大陆架地形阻挡密切相关,地形会削弱纬向流、增强经向流[18],导致流场偏离纯纬向方向。

4.3 对深海采矿环境风险管理的启示

本研究对深海采矿环境风险管理具有重要参考价值。西太平洋M区南部(18—18.5°N)中层羽流东移速度可达1 144.76 km/a,且流向稳定(R=0.66),应作为羽流扩散的重点监测区域。对于东太平洋矿区,应在夏秋季节加强羽流东向扩散监测。鉴于现有2 000 m深度数据存在严重不足,建议在矿区边界关键位置增设全深度海流观测,以准确评估羽流扩散风险。

5 结论

本研究基于中国Argo实时资料中心的全球Argo浮标轨迹和中层流数据集,分析了太平洋深海矿区内Argo浮标的中层漂移速度,系统描绘了矿区中层流场特征,并通过离开矿区后的Argo轨迹分布,预测了中层羽流纬向移动,主要结论如下。
1)在太平洋低纬度1 000 m水深,存在东、西向射流,东向射流强度大于西向射流。1 000 m流场对纬度变化敏感,在1°~2°狭窄纬度范围内,海流方向可从西向转为东向。因此,同一矿区内不同纬度的羽流移动方向可能存在明显差异。
2)在西太平洋矿区, M区南部和CW区北部受18°N 强东向射流驱动,平均纬向流稳定向东,其中M区南部中层羽流平均移动速率(东向)最大,为1 144.76 km/a;WJ区北部流场受14°N 弱东向射流驱动,中层羽流短期内东移,易折返;在矿区的其他位置,平均纬向流呈西向,中层羽流以缓慢西向移动为主。
3)在东太平洋矿区,各区纬向流对纬度变化敏感,导致同一矿区内不同纬度中层羽流方向不同。EK区Argo显著东移的占比高,中层羽流东移年平均速率在东太平洋各矿区最大(539.27 km/a);其他矿区,Argo显著西移的占比高,中层羽流整体西移,年平均移动距离为280.67~759.92 km。与西太平洋矿区不同,东太平洋矿区1 000 m流场存在季节变化,7°N、9°N 东向射流表现为夏秋强、冬春弱,受此影响,中层羽流的移动存在季节差异。
4)在M区、KW区和EK区,2 000 m水深的纬向流呈东、西向交替,中层羽流以西向为主,与1 000 m流场相同。在A5区9°N附近,2 000 m的东向流平均速度(3.95 cm/s)大于1 000 m(2.41 cm/s)。

References

Publishing order | Descend order by publishing year | Descend order by cited within
[1]
HEIN J R, MIZELL K, KOSCHINSKY A, et al. Deep-ocean mineral deposits as a source of critical metals for high-and green-technology applications: Comparison with land-based resources[J]. Ore Geology Reviews, 2013, 51: 1-14.

[2]
OUILLON R, MUÑOZ-ROYO C, ALFORD M H, et al. Advection-diffusion-settling of deep-sea mining sediment plumes. Part 1: Midwater plumes[J]. Flow, 2022, 2: E22.

[3]
ROLINSKI S, SEGSCHNEIDER J, SÜNDERMANN J. Long-term propagation of tailings from deep-sea mining under variable conditions by means of numerical simulations[J]. Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography, 2001, 48(17/18): 3469-3485.

[4]
周永远, 闫运伟, 邢小罡, 等. 基于Argo实测流场数据对5套海洋模式产品中赤道太平洋中层流的评估[J]. 海洋学研究, 2020, 38(3):1-9.

ZHOU Y Y, YAN Y W, XING X G, et al. Assessment of the Pacific Equatorial Intermediate Currents in five ocean models outputs based on the observation calculated from Argo trajectories[J]. Journal of Marine Sciences, 2020, 38(3): 1-9.

DOI

[5]
JOHNSON G C, HOSODA S, JAYNE S R, et al. Argo-Two decades: Global oceanography, revolutionized[J]. Annual Review of Marine Science, 2022, 14: 379-403.

[6]
CRAVATTE S, KESSLER W S, MARIN F. Intermediate zonal jets in the tropical Pacific Ocean observed by Argo floats[J]. Journal of Physical Oceanography, 2012, 42(9):1475-1485.

[7]
LEETMAA A, SPAIN P F. Results from a velocity transect along the equator from 125 to 159°W[J]. Journal of Physical Oceanography, 1981, 11(7): 1030-1033.

[8]
JOHNSON G C, KUNZE E, MCTAGGART K E, et al. Temporal and spatial structure of the equatorial deep jets in the Pacific Ocean[J]. Journal of Physical Oceanography, 2002, 32(12): 3396-3407.

[9]
DELPECH A, CRAVATTE S, MARIN F, et al. Deep eddy kinetic energy in the tropical Pacific from Lagrangian floats[J]. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2020, 125(8): e2020JC016313.

[10]
MÉNESGUEN C, DELPECH A, MARIN F, et al. Observations and mechanisms for the formation of deep equatorial and tropical circulation[J]. Earth and Space Science, 2019, 6(3): 370-386.

[11]
CRAVATTE S, KESTENARE E, MARIN F, et al. Subthermocline and intermediate zonal currents in the tropical Pacific Ocean: Paths and vertical structure[J]. Journal of Physical Oceanography, 2017, 47(9): 2305-2324.

[12]
张冬青, 周春, 赵小龙, 等. 基于Argo浮标的北太平洋中层环流时空特征研究[J]. 中国海洋大学学报:自然科学版, 2023, 53(7):1-9.

ZHANG D Q, ZHOU C, ZHAO X L, et al. Spatial-temporal features of the intermediate north Pacific based on Argo floats[J]. Periodical of Ocean University of China, 2023, 53(7): 1-9.

[13]
DELPECH A, CRAVATTE S, MARIN F, et al. Observed tracer fields structuration by middepth zonal jets in the tropical Pacific[J]. Journal of Physical Oceanography, 2020, 50(2): 281-304.

[14]
QIU B, RUDNICK D L, CHEN S, et al. Quasi-stationary north equatorial undercurrent jets across the tropical north Pacific Ocean[J]. Geophysical Research Letters, 2013, 40(10): 2183-2187.

[15]
DELPECH A, MÉNESGUEN C, MOREL Y, et al. Intra-annual Rossby waves destabilization as a potential driver of low-latitude zonal jets: Barotropic dynamics[J]. Journal of Physical Oceanography, 2021, 51(2): 365-384.

[16]
ZANOWSKI H, JOHNSON G C, LYMAN J M. Equatorial Pacific 1,000-dbar velocity and isotherm displacements from Argo data: Beyond the mean and seasonal cycle[J]. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2019, 124(11): 7873-7882.

[17]
HUA B L, D’ORGEVILLE M, FRUMAN M D, et al. Destabilization of mixed Rossby gravity waves and the formation of equatorial zonal jets[J]. Journal of Fluid Mechanics, 2008, 610: 311-341.

[18]
KESSLER W S. The circulation of the eastern tropical Pacific: A review[J]. Progress in Oceanography, 2006, 69(2-4): 181-217.

[19]
PHILANDER S, HURLIN W, SEIGEL A. Simulation of the seasonal cycle of the tropical Pacific Ocean[J]. Journal of Physical Oceanography, 1987, 17(11): 1986-2002.

[20]
中国五矿集团有限公司. 中国五矿多金属结核合同区A-5区块采矿车单体试验环境影响声明报告[R]. 北京, 2024.https://www.dosi-project.org/wp-content/uploads/DOSI-Commentary-on-CMC-EIS.pdf.

China Minmetals Corporation. Environmental impact state-ment-testing of polymetallic nodule collector vehicle in the Block A-5 of the minmetals contract area[R]. Beijing, 2024.https://www.dosi-project.org/wp-content/uploads/DOSI-Commentary-on-CMC-EIS.pdf.

[21]
刘增宏, 张璇, 王辉赞, 等. CSIO全球Argo浮标轨迹和中层流数据集[DS/OL]. 2024.https://data.argo.org.cn/CSIO_Argo/CSIO_Argo.tar.gz.

LIU Z H, ZHANG X, WANG H Z, et al. CSIO global Argo folat trajectory and mid-depth current data set[DS/OL]. 2024.https://data.argo.org.cn/CSIO_Argo/CSIO_Argo.tar.gz.

[22]
WANG T, DU Y, WANG M. Overlooked current estimation biases arising from the Lagrangian Argo trajectory derivation method[J]. Journal of Physical Oceanography, 2022, 52(1): 3-19.

[23]
JAYNE S R, ROEMMICH D, ZILBERMAN N, et al. The Argo program: Present and future[J]. Oceanography, 2017, 30(2): 18-28.

[24]
ROEMMICH D, JOHNSON G C, RISER S, et al. The Argo program: Observing the global ocean with profiling floats[J]. Oceanography, 2009, 22(2): 34-43.

[25]
PARK J J, KIM K, KING B A, et al. An advanced method to estimate deep currents from profiling floats[J]. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 2005, 22(8): 1294-1304.

[26]
夏一凡, 杜岩, 王天宇, 等. 基于Argo轨迹资料反演热带太平洋中层流场条带状结构特征[J]. 热带海洋学报, 2017, 36(4):1-9.

DOI

XIA Y F, DU Y, WANG T Y, et al. Mid-depth zonal jets and their characteristics in the tropical Pacific Ocean derived from Argo trajectory[J]. Journal of Tropical Oceanography, 2017, 36(4): 1-9.

DOI

[27]
FELOY K, POWELL B, FRIEDRICH T. Remote impacts of cyclonic eddies on productivity around the Main Hawaiian Islands[J]. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2024, 129(10): e2023JC020670.

[28]
QIU B, RUDNICK D L, CEROVECKI I, et al. The Pacific north equatorial current: New insights from the origins of the Kuroshio and Mindanao currents (OKMC) project[J]. Oceanography, 2015, 28(4): 24-33.

[29]
SUN C, XU J, LIU Z, et al. Application of Argo data in the analysis of water masses in the Northwest Pacific Ocean[J]. Marine Science Bulletin, 2008, 10(2): 1-13.

Options
Outlines

/

〈 〉