海洋次中尺度动力过程与能量串级研究获新进展

  近日,中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室(LTO)研究团队在海洋次中尺度动力过程及其对能量串级与垂向输运的贡献机制方面取得新进展,研究成果发表在国际知名地学刊物Journal of Physical Oceanography上。 

  中尺度涡旋蕴含海洋超过90%的动能,然而,经典地转理论框架下的中尺度动力学难以定量解释海洋中尺度涡旋的消亡和能量正向串级与耗散过程,以及垂向物质能量交换的收支平衡等关键科学问题。本文通过遥感与现场观测分析、高分辨率数值模拟和理论诊断研究结果表明,活跃在涡旋、锋面海域的海洋次中尺度过程,在热带西太平洋中小尺度相互作用、地转能量正向串级以及物质能量的垂向交换过程中扮演了不可或缺的重要作用。研究结果显示(图1),在锋生和大气强迫引起的浮力损失共同作用下,涡旋、锋面海域增强的水平浮力梯度有利于减小位涡,触发次中尺度对称不稳定,并引起强烈的垂向非地转次级环流。其中,对称不稳定是实现西太平洋地转能量正向串级的重要机制之一,混合层不稳定仅能贡献逆向能量串级;同时,次中尺度过程引起的垂向速度高达~100/天,比中尺度过程引起的垂向速度高一个量级,显著贡献了上层海洋物质能量的垂向交换与收支平衡。本文研究结果也可为海-气相互作用、垂向营养盐输运以及碳收支等多学科交叉研究提供动力学参考。 

  该研究由国家自然科学基金和中科院基础前沿科学研究计划等共同资助完成。 

  相关论文链接:https://doi.org/10.1175/JPO-D-20-0076.1 

1 a)多尺度海洋过程的动能空间波数谱;(b-c)中尺度涡旋海域典型次中尺度的动力过程与不稳定机制


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