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）經志友團隊，在南海亞中尺度動力不穩定的高頻變化特征、物理機制及其垂向熱輸運定量貢獻等觀測研究方面取得新進展，研究成果先后發表于國際期刊《Geophysical Research Letters》，合作者包括南海海洋研究所博士后鄭瑞璽、河海大學副教授曹海錦和美國布朗大學教授Baylor Fox-Kemper。
海洋亞中尺度過程通過非地轉動力不穩定，驅動地轉能量正向串級與耗散，并顯著增強熱量、營養鹽等要素的垂向交換，在海洋物質能量循環和海-氣相互過程中扮演了不可或缺的重要作用。本研究基于南海高分辨率現場觀測數據并結合理論分析，揭示了亞中尺度動力不穩定的高頻變化機制及其對垂向熱輸運的定量貢獻。研究結果表明，南海混合層對稱不穩定的晝夜高頻變化，主要是由大氣非絕熱強迫所驅動，而非風場強迫（down-front wind forcing）。夜間海表冷卻驅動的邊界層浮力損失，通過增強亞中尺度動力不穩定和垂向次級環流，引起約60%的混合層亞中尺度再層化。
進一步基于國家基金委共享航次計劃重大科學問題航次的觀測研究表明，海洋渦旋海域普遍存在的鋒面亞中尺度過程引起的垂向凈熱通量高達100 W/m2，比經典地轉理論和傳統認識的中尺度貢獻大1-2個量級，且影響深度深達150米海洋次表層，對上層海洋具有顯著的加熱效應。
上述研究首次基于高時空分辨率現場觀測定量揭示了海洋亞中尺度動力不穩定的快速變化機制及其對垂向熱輸運的重要貢獻，明確了大氣非絕熱強迫的關鍵調控作用，對進一步深入認識和理解海洋亞中尺度動力過程及其生態氣候效應、海洋與氣候模式的亞中尺度參數化改進，以及助力“海洋亞中尺度動力學”前沿方向發展等具有重要科學意義。
該研究主要由國家自然科學基金項目、國家自然科學基金共享航次計劃資助完成。
圖1 （a）南海高時空分辨率現場觀測；（b）TRIAXUS拖體高分辨率觀測溫度剖面；（c）渦旋活躍海域位溫波數譜
圖2 （a）海表浮力通量、側向浮力梯度與動力不穩定的晝夜變化；（b）亞中尺度不穩定再層化效應與小尺度混合去層化效應；（c）多尺度垂向熱通量及其波數譜
論文信息：Ruixi Zheng and Zhiyou Jing* (2024). Diurnal variability of mixed layer overturning instabilities from glider array observations in the South China Sea. Geophysical Research Letters,51 (11),e2023GL107694. https://doi.org/10.1029/2023GL107694
Haijin Cao,Zhiyou Jing*,and Baylor Fox-Kemper (2024). Scale-dependent vertical heat transport inferred from quasi-synoptic submesoscale-resolving observations. Geophysical Research Letters,51 (12),e2024GL110190. https://doi.org/10.1029/2024GL110190
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