海洋所研究揭示非平行等密度面下次表層渦旋形成機制
近日,中國科學(xué)院海洋研究所海洋中小尺度動力學(xué)研究組在Journal of Physical Oceanography上發(fā)表最新研究成果,提出在非平行等密度面下,表層渦旋向次表層渦旋的轉(zhuǎn)變機制。這一發(fā)現(xiàn)為理解海洋中尺度渦旋垂向結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過程提供了新的視角。
中尺度渦旋廣泛存在于全球海洋,是海洋能量級聯(lián)與再分配過程中的關(guān)鍵動力結(jié)構(gòu)。長期以來,衛(wèi)星高度計觀測到的大多數(shù)中尺度渦旋呈現(xiàn)表層強化、類似第一斜壓模態(tài)的結(jié)構(gòu)特征。然而,越來越多的現(xiàn)場觀測表明,海洋中還廣泛存在一類能量在海洋內(nèi)部增強、垂向結(jié)構(gòu)類似第二斜壓模態(tài)的次表層渦旋。這類渦旋往往具有較長生命周期,在調(diào)控海洋水平輸運、垂向混合以及物質(zhì)再分配方面發(fā)揮著重要作用。而對于表層渦旋與次表層渦旋之間的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過程,目前的研究仍缺乏系統(tǒng)深入的認識。
本研究基于渦分辨的全球海洋環(huán)流模式數(shù)據(jù),對北太平洋副熱帶東部海域大量中尺度渦旋的轉(zhuǎn)變過程進行了系統(tǒng)分析,發(fā)現(xiàn)該區(qū)域普遍存在壽命較長的次表層渦旋,并識別出表層渦旋向次表層渦旋轉(zhuǎn)變的頻繁事件。通過對典型氣旋渦個例的溫度、渦動能收支以及位渦動力學(xué)分析,揭示了一種新的渦旋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化機制:當表層強化的中尺度渦旋沿不平行分布的背景等密度面?zhèn)鞑r,海洋內(nèi)部平均勢能通過斜壓轉(zhuǎn)化率向渦動能的釋放;同時,渦旋的次表層結(jié)構(gòu)在背景等密度面拉伸的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)橥哥R狀;在位渦守恒的約束下,渦旋次表層渦度隨之增強,最終轉(zhuǎn)變?yōu)榇伪韺訌娀闹谐叨葴u旋。為了進一步驗證該機制,利用MITgcm開展了一系列理想化數(shù)值實驗,成功再現(xiàn)了這一結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過程。

圖1?表層渦旋向次表層渦旋的轉(zhuǎn)化過程

圖2?非平行等密度面下表層渦旋向次表層渦旋的轉(zhuǎn)化機制
這一研究突破了以往主要將渦旋垂向結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變歸因于風應(yīng)力或熱通量等外部強迫的認識,指出海洋內(nèi)部非平行等密度面結(jié)構(gòu)在調(diào)控渦旋垂向結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化中的關(guān)鍵作用。論文第一作者為中國科學(xué)院海洋研究所博士研究生王卓越,通訊作者為海洋所劉傳玉研究員。研究得到了國家自然科學(xué)基金等項目支持。
論文信息:
Wang, Z., and C. Liu*, 2026: Subsurface Eddies Transited from Surface Eddies over Non-parallel Background Isopycnals. J. Phys. Oceanogr., , e250232, https://doi.org/10.1175/JPO-D-25-0232.1.
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