2025年2月2日，广东海洋大学海洋与气象学院梁朋团队在海洋科学著名期刊Journal of Geophysical Research: Oceans在线发表了题为“Mechanisms of Intraseasonal Oscillation in Equatorial Surface Currents in the Pacific Ocean Identified by Neural Network Models”的研究论文。该研究基于人工智能方法构建了赤道太平洋高时空分辨表层海流，并指出热带太平洋东西海盆调控海流季节内变化的不同动力机制。海气院硕士研究生游济铭为论文第一作者，梁朋老师为论文通讯作者，杨丽娜副教授、仉天宇教授、谢玲玲教授以及马里兰大学的Raghu Murtugudde教授为论文共同作者。
由于赤道海区的科氏参数为零，传统基于地转平衡理论和风生埃克曼流理论反演海洋表层流速的方法无法在赤道海区直接应用。同时，受观测数据匮乏的影响，赤道太平洋表层海流的季节内振荡特征也尚未得到详细研究。研究团队首先通过前馈神经网络，发展了一种利用多源海面变量反演赤道太平洋表层流速的人工智能模型，并构建了1993年至2017年期间的逐日赤道太平洋表层海流（0.25°×0.25°）。模型反演的海流与当前主流海流产品以及传统海流算法结果相比和现场观测数据具有更好的相关性和更低的均方根误差（图1）。
研究团队对智能模型反演海流进一步分析发现，季节内振荡分别解释了纬向和经向海流方差的10-30%和20-50%，并且在太平洋西部海盆和东部海盆表现出不同的特征。西太平洋海盆受热带大气季节内振荡（Madden-Julian Oscillations, MJO）主导，在厄尔尼诺期间的表层海流季节内振荡更为强烈。特别在东部型厄尔尼诺夏季和冬季期间，纬向流中显著的季节内振荡（-0.25–0.28 m s-1）几乎贯穿整个西部海盆。而在中部型厄尔尼诺冬季，强度更为显著（-0.27–0.32 m s-1）（图2a–d）。另一方面，尽管经向流的季节内振荡强度与纬向流相比显著减弱，但在东部型厄尔尼诺冬季期间，仍可向东延伸至150°W左右（图2e–h）。对于东太平洋海盆，季节内振荡主要来源于斜压不稳定性，并随着相速度向西传播，在拉尼娜期间，其传播速度和覆盖范围最大，而在厄尔尼诺期间则相反（图3）。
该研究成功训练构建了能够较好反演逐日赤道太平洋表层海流的人工智能模型，为获得高时空分辨率的海流资料提供了可能途径。同时也指出赤道太平洋西部和东部海盆海流季节内振荡特征及其动力学机制的显著差异，深化了对热带海洋环流动力学的理解。
该研究由中国国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东海洋大学科研启动基金项目、广东省高校科研创新团队项目、广东省西部沿海热带海洋环境观测研究站以及广东海洋大学现代教育技术中心共同资助完成。
相关论文信息：
You J, Liang P, Yang L, et al. Mechanisms of intraseasonal oscillation in equatorial surface currents in the Pacific Ocean identified by neural network models[J]. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2025, 130(2): e2024JC021514.
文章链接：
https://doi.org/10.1029/2024JC021514
图1. （a，f）前馈神经网络模型、（b，g）OSCAR、（c，h）AVISO地转流与埃克曼流之和、（d，i）多元线性回归模型和（e，j）β地转流与埃克曼流之和的概率密度分布，与实测数据对比，并在左上角标注相应的相关系数和均方根误差（单位：m s⁻¹）。上（下）排分别对应纬向（经向）分量。
图2. 赤道太平洋表层海流的合成（a–d）纬向和（e–h）经向ISOs（20–90天带通滤波；单位：m s-1）在（a，e）中性年、（b，f）EP型厄尔尼诺年、（c，g）CP型厄尔尼诺年和（d，h）拉尼娜年期间的表现。（b–d）和（f–h）中的第0天表示每次厄尔尼诺（拉尼娜）事件中，Niño3.4指数达到最大（最小）值时的月份中间日期。在中性年（a和e），第0天选为12月15日，以便与大多数 ENSO事件的情况对齐。-90到1天（1到90天）表示相对于第0天的超前（滞后）天数。紫色线表示海流ISOs信号在东部海盆的传播路径。在特定气候模态下，纬向和经向洋流的传播速度相似。中性年、EP型厄尔尼诺年、CP型厄尔尼诺年和拉尼娜年的平均相位速度分别为0.436±0.008、0.376±0.008、0.405±0.008和0.542±0.016 m s-1，误差为每种模态下沿十条路径计算的相速度标准差。
图3. 在（a，e）中性年、（b，f）EP型厄尔尼诺年、（c，g）CP型厄尔尼诺年以及（d，h）拉尼娜年期间，（a–d）赤道东太平洋海盆的正压转换率和（e–h）斜压转换率。-90至90天的定义与图2相同。