海洋次中尺度動力過程與能量串級研究獲新進展
近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環境國家重點實驗室（LTO）研究團隊在海洋次中尺度動力過程及其對能量串級與垂向輸運的貢獻機制方面取得新進展，研究成果發表在國際知名地學刊物《Journal of Physical Oceanography》上。
中尺度渦旋蘊含海洋超過90%的動能，然而，經典地轉理論框架下的中尺度動力學難以定量解釋海洋中尺度渦旋的消亡和能量正向串級與耗散過程，以及垂向物質能量交換的收支平衡等關鍵科學問題。本文通過遙感與現場觀測分析、高分辨率數值模擬和理論診斷研究結果表明，活躍在渦旋、鋒面海域的海洋次中尺度過程，在熱帶西太平洋中小尺度相互作用、地轉能量正向串級以及物質能量的垂向交換過程中扮演了不可或缺的重要作用。研究結果顯示（圖1），在鋒生和大氣強迫引起的浮力損失共同作用下，渦旋、鋒面海域增強的水平浮力梯度有利于減小位渦，觸發次中尺度對稱不穩定，并引起強烈的垂向非地轉次級環流。其中，對稱不穩定是實現西太平洋地轉能量正向串級的重要機制之一，混合層不穩定僅能貢獻逆向能量串級；同時，次中尺度過程引起的垂向速度高達~100米/天，比中尺度過程引起的垂向速度高一個量級，顯著貢獻了上層海洋物質能量的垂向交換與收支平衡。本文研究結果也可為海-氣相互作用、垂向營養鹽輸運以及碳收支等多學科交叉研究提供動力學參考。
該研究由國家自然科學基金和中科院基礎前沿科學研究計劃等共同資助完成。
相關論文鏈接：https://doi.org/10.1175/JPO-D-20-0076.1
圖1 （a）多尺度海洋過程的動能空間波數譜；（b-c）中尺度渦旋海域典型次中尺度的動力過程與不穩定機制
