近日，中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（LTO）經(jīng)志友團(tuán)隊(duì)，在南海次表層渦旋的形成過(guò)程與動(dòng)力機(jī)制研究方面取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果發(fā)表在Journal of Physical Oceanography上，博士研究生劉余億為第一作者，研究員經(jīng)志友為通訊作者。
中尺度渦旋蘊(yùn)含海洋超過(guò)90%的動(dòng)能，是海洋物質(zhì)能量循環(huán)的主要?jiǎng)恿d體，同時(shí)也是貢獻(xiàn)海-氣相互作用、海洋生態(tài)環(huán)境變化的關(guān)鍵動(dòng)力過(guò)程。不同于表層強(qiáng)化的中尺度渦旋，海洋內(nèi)部次表層渦旋是一類透鏡狀、低位渦、生命周期較長(zhǎng)的特殊渦旋，能夠攜帶源地異常性質(zhì)水體輸送至數(shù)千公里以外的海區(qū)，且難以被衛(wèi)星遙感觀測(cè)所識(shí)別，關(guān)于其形成、演變過(guò)程及動(dòng)力學(xué)機(jī)制，目前尚缺乏深入系統(tǒng)的科學(xué)認(rèn)識(shí)，更無(wú)法直接預(yù)報(bào)。
本研究基于高分辨率現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)并結(jié)合再分析資料和位渦動(dòng)力學(xué)分析，從邊界層位渦通量收支新視角，揭示了南海典型次表層透鏡狀渦旋的形成過(guò)程與動(dòng)力機(jī)制。研究結(jié)果表明，秋冬季大氣非絕熱強(qiáng)迫驅(qū)動(dòng)的海面浮力損失是次表層渦旋形成的關(guān)鍵條件。秋冬季增強(qiáng)的海面浮力損失產(chǎn)生向上的位渦通量，減小反氣旋渦的混合層位渦；次年春季大氣熱強(qiáng)迫驅(qū)動(dòng)的海表升溫，減弱海面浮力損失，逐漸向海表注入位渦，并抬升混合層，從而通過(guò)層化封存低位渦水至渦旋內(nèi)部，最終在地轉(zhuǎn)調(diào)整作用下形成海洋內(nèi)部的透鏡狀中尺度渦旋。進(jìn)一步分析表明，南海北部至少20%的反氣旋渦在次年春夏季演變成為次表層透鏡狀渦旋。更重要的是，這些低位渦、透鏡狀次表層渦旋的形成，主要是由秋冬季海面降溫（surface cooling）引起的海表浮力損失和地轉(zhuǎn)調(diào)整所驅(qū)動(dòng)，而非風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)迫（down-front wind forcing）。
本研究基于觀測(cè)證據(jù)揭示了南海次表層透鏡狀渦旋形成的大氣非絕熱強(qiáng)迫新機(jī)制，對(duì)進(jìn)一步深入認(rèn)識(shí)和理解衛(wèi)星遙感難以直接觀測(cè)的全球海洋次表層渦旋及其形成機(jī)制具有重要科學(xué)意義。
該研究主要由國(guó)家自然科學(xué)基金共享航次計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助完成。
圖1 （a）渦旋移動(dòng)軌跡；（b）航次觀測(cè)期間（2021年春季）SST和CTD溫度剖面
圖2 南海次表層透鏡狀渦旋形成的非絕熱強(qiáng)迫機(jī)制
相關(guān)論文信息：Yuyi Liu,and Zhiyou Jing* (2024). Intrathermocline eddy with lens-shaped low potential vorticity and diabatic forcing mechanism in the South China Sea. Journal of Physical Oceanography,54(3),929-948.
原文鏈接：https://doi.org/10.1175/JPO-D-23-0149.1
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