一、项目总体实施情况

围绕西太平洋流固界面动力环境及物质输运过程，聚焦菲律宾海及其周边海域的深层西边界、突变地形（马里亚纳海沟、九州帕劳海脊等）底边界的三维环流与沉积输运特征，构建了马里亚纳海沟-九州帕劳海脊-吕宋海峡深层边界环流与沉积同步观测阵列，并通过观测数据、样品分析和数值模式与理论分析相结合，揭示了菲律宾海深层环流边界环流的空间结构，揭示了突变地形底边界水体垂向输运的三维时空分布特征及调控机理，并围绕西太平洋沉积分布特征及输运方面的系列认知，形成了系列西太平洋典型地貌下深层边界环流与沉积输运的创新研究成果，可实现对重大计划流固界面跨圈层物质能量交换对岩石圈演化和海洋深层环流等动力过程的影响等科学问题解决的有效支撑。

二、研究结果

1、取得科学认识及其意义

（1）构建了马里亚纳海沟-九州帕劳海脊-吕宋海峡深层环流与沉积同步观测阵列。深层环流是大洋物质能量输运的关键环节。而在菲律宾海，受长期连续观测数据匮乏的限制，目前对其深层环流时空机理及物质输运效应认知极浅。针对该现状，项目团队构建了横跨马里亚纳海沟-九州帕劳海脊-吕宋海峡的深层边界环流与沉积同步观测阵列，该阵列由马里亚纳-雅浦观测阵（6套潜标）、九州-帕劳海脊观测阵（8套潜标）、菲律宾海西边界观测阵（4套潜标）和吕宋海峡观测阵（2套潜标）四部分构成，潜标连续在位工作时间均达1年以上，可实现菲律宾海和吕宋海峡深层环流及其沉积输运的长期连续观测，为探讨菲律宾海深层入流特性、深层边界流时空机理及沉积输运效应等提供宝贵的观测资料。

（2）初步建立了菲律宾海深层环流时空分布特征的系统认知。雅浦-马里亚纳海沟交汇点（YMJ）是4000m以深连接菲律宾海与太平洋内区的唯一通道。团队基于构建的潜标观测阵及断面观测资料，准确给出了太平洋内区与菲律宾海底层水交换的通量（2.1±0.4 Sv），刻画了底层入流的空间及其季节振荡特征（夏秋弱、冬春强）；首次给出了LCDW在进入菲律宾海之后，向西跨越九州-帕劳海脊，进入西侧菲律宾海盆的主轴的位置，约在22°N-25°N（九州-帕劳海脊缺口），而受到中央断裂带的阻隔，绕极深层水无法进入南菲律宾海盆；并在加瓜海脊东侧捕捉到菲律宾海深层西边界流。通过上述系列成果，初步建立了对菲律宾海深层环流时空分布特征的系统认知，为开展深层环流沉积输运效应研究提供了关键信息，也对深入认识菲律宾海及西太平洋在太平洋翻转环流及全球气候变化中的地位有重要启示。

（3）揭示海山突变地形下深层水上升的路径、调控机理及沉积输运效应。大洋深层水如何涌升并闭合大洋物质能量输送带是当今物理海洋研究的前沿科学问题。近年来系列研究发现陡峭地形及其周边存在的强混合，可能是深层水涌升的关键通道。项目团队针对上述问题，以南海深海盆中极为陡峭的孤立海山—宪北海山为例，基于潜标、CTD断面观测、混合直接观测，结合数值模式实验，揭示海山地形底边界强混合会诱发沿地形的螺旋爬升的流动，且不均匀的混合分布会导致多个次级环流结构，导致底边界层与内区之间的水体交换，这与底边界和内区的水平环流共同组成了复杂的三维环流结构。研究结果不仅对研究海洋小尺度湍流混合调整海洋大尺度环流过程具有重要意义，而且为研究海山周边生物地球化学过程提供了新的角度。

（4）获得西太平洋沉积分布特征及输运方面的系列成果。基于九州帕劳海脊的动力与沉积同步观测，利用沉积物捕获器获取的样品和浊度观测时间序列，揭示了海脊边界流和跨海脊的深海通道流的沉积输运时间变异特征；对西太平洋暖池区核心部位的表层沉积物样品进行现场物理力学性质测试和室内涂片鉴定，揭示了水深地形对沉积类型和生物含量的调控作用。

2、对解决西太计划关键科学问题的贡献

上述观测和研究工作的开展以及取得的科学认识，可支撑对重大计划“西太平洋复杂地形对海洋动力过程和气候系统的影响”、“西太平洋流固界面跨圈层物质与能量交换过程”科学问题认知的提升。具体包括：

（1）初步构建了西太平洋典型地貌下深层边界环流观测系统，将为突变地形下边界环流及其沉积物输运机制研究提供长期连续观测数据支撑。

（2）开展了海山等突变地形下精细化观测，对研究深海边界层混合调整海洋大尺度环流过程具有重要意义，而且为研究海山周边生物地球化学过程提供了潜在的研究角度。

3、成果列表

共发表论文19篇，第1标注7篇、第2标注3篇、第三标注9篇。部分代表性成果列表如下：

[1]     Chun Zhou, Hongzhou Xu, Xin Xiao, Wei Zhao*, Jiayan Yang, Qingxuan Yang, Huichang Jiang, Qiang Xie, Tong Long, Tinghao Wang, Xiaodong Huang, Zhiwei Zhang, Shoude Guan, and Jiwei Tian. Intense abyssal flow through the Yap-Mariana Junction in the western North Pacific. Geophysical Research Letters, 2022, 49, e2021GL096530, DOI: 10.1029/2021GL096530.（第一标注）

[2]     Ruijie Ye, Xiaodong Shang, Wei Zhao, Chun Zhou*, Qingxuan Yang,  Zichen Tian, Yongfeng Qi, Changrong Liang, Xiaodong Huang, Zhiwei Zhang, Shoude Guan, Jiwei Tian, Circulation driven by multihump turbulent mixing over a seamount in the South China Sea, Frontier in Marine Science, 2022, 8, 794156, DOI: 10.3389/fmars.2021.794156.（第一标注）

[3]     Zhang Yuying, Hu Limin, Wu Yonghua, Dong Zhi, Yao Zhengquan, Gong Xun, Liu Yanguang, Ikehara Minoru, Shi Xuefa, Glacial-Interglacial Variations in Organic Carbon Burial in the Northwest Pacific Ocean Over the Last 380 kyr and its Environmental Implications, Frontiers in Earth Science, 2022,  10. 886120, DOI: 10.3389/feart.2022.886120.（第一标注）

[4]     Zichen Tian, Chun Zhou*, Xin Xiao, Tinghao Wang, Tangdong Qu, Qingxuan Yang, Wei Zhao, and Jiwei Tian, Water-mass properties and circulation in the deep and abyssal Philippine Sea. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2021, 126, e2020JC016994, DOI:10.1029/2020JC016994.（第一标注）

[5]     Qinbo Xu, Chun Zhou*, Wei Zhao, Qianwen Hu, Xin Xiao, Dongqing Zhang, Fan Yang, Xiaodong Huang, Jiwei Tian, Dynamics of the Baroclinic Rossby Waves Regulating the abyssal South China Sea, Journal of Physical Oceanography, 2022, 52, DOI: 10.1175/JPO-D-21-0207.1.（第二标注）

[6]     Binbin Guo, Weiqiang Wang*, Yeqiang Shu*, Gaowen He, Dongsheng Zhang, Xiguang Deng, Qianyong Liang, Yong Yang, Qiang Xie, Haifeng Wang, and Jun Wang, Observed Deep Anticyclonic Cap Over Caiwei Guyot, Journal of Geophysical Research: Oceans, 2020, 125, e2020JC016254, DOI:10.1029/2020JC016254.（第一标注）

[7]     Ruixue Xia, Qiang Xie*, Weiqiang Wang, Hongzhou Xu, Xuekun Shang, Yeqiang Shu*, Variation in concentration of dissolved silicate in the Eastern Philippine deep sea, Journal of Oceanology and Limnology, 2022, DOI: 10.1007/s00343-022-1439-0.（第三标注）