深海前沿中心在海洋中小尺度動力過程研究領域取得重要進展

2020-08-28 深圳市海洋學會

2020年7月31日，國際學術期刊Science雜誌子刊Science Advances在線發表了題為「Maintenance of Mid-latitude Oceanic Fronts by Mesoscale Eddies」（《中尺度渦旋對中緯度海洋鋒面的維持作用》）的最新研究成果。該成果由深海圈層與地球系統前沿科學中心（簡稱深海前沿中心）荊釗教授和王勝鵬博士為共同第一作者，吳立新院士為通訊作者的科研團隊共同完成。

研究成果在國際上首次提出了中尺度渦旋垂向熱輸送與海氣熱交換間的耦合動力機制，是對中尺度渦旋垂向熱輸送理論的重要發展；此外，也揭示了中尺度渦旋垂向熱輸送對海洋鋒面的重要維持作用，改變了「中尺度渦旋通過水平熱輸送過程破壞海洋鋒面」這一傳統觀點，為海洋環流理論提供了新的認識。

旋轉和層結效應作為地球流體的兩大動力特徵，對海水垂向運動造成了顯著的約束。海水垂向運動引發的熱量輸送及其動力機制一直是物理海洋學研究的經典難題。與此同時，海洋中的垂向熱輸送決定著深層與表層海洋、表層海洋與大氣之間的熱交換，對全球天氣和氣候系統變率起著重要的調控作用，並深刻影響著全球變暖背景下海洋對大氣中的熱量和二氧化碳盈餘的吸收能力。


高解析度氣候模式模擬的海氣界面熱通量與50m水深處的渦旋垂向熱輸送的全球分布特徵

中尺度渦旋是海洋中最為顯著的運動形式。傳統的觀點認為中尺度渦旋引起的垂向熱輸送由斜壓不穩定過程產生，主要集中在主溫躍層區域，對海洋上混合層中的垂向熱輸送的貢獻可以忽略。該項研究通過分析全球高解析度海氣耦合模式模擬數據發現：冬季海洋表面強烈的失熱和風攪拌作用通過激發湍流混合打破了中尺度渦旋原有的地轉平衡狀態，誘導出顯著的次級環流進而引起向上的熱輸送。進一步研究表明：在西邊界流延伸體區域，該垂向熱輸送可以迅速的將西邊界流在次表層匯聚的熱量傳遞到表層，對於維持海洋鋒面以及海洋向大氣的熱量釋放具有至關重要的作用。

由吳立新院士領銜的科研團隊，長期致力於西邊界流區海洋多尺度動力過程及其氣候效應研究。自2012年該團隊發現全球變暖導致全球西邊界流熱斑現象以來，在大洋西邊界流多尺度海洋動力過程與海氣相互作用研究領域取得了一系列重要進展，推動了國際西邊界流觀測、理論與預測研究。該成果是團隊在這一領域取得的又一重要進展，對於深入認識海洋渦旋在全球氣候系統中的作用、指導氣候模式的發展具有重要意義。


西邊界流延伸體區中尺度渦旋垂向熱輸送與大氣過程的耦合動力機制。在西邊界流延伸體區域，冬季風暴過境時激發的海洋湍流混合過程打破了中尺度渦旋原有的地轉平衡狀態，誘導出顯著的次級環流進而引起向上的熱輸送；向上的熱輸送加熱海洋表面，維持海洋鋒面以及海洋向大氣的熱量釋放，促進風暴的生成。


文章來源: 中國海洋大學

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