近日，物理海洋学领域权威期刊Journal of Physical Oceanography在线发表了5123导航、海洋与地球学院刘志宇教授研究组题为“Observations of a Filamentous Intrusion and Vigorous Submesoscale Turbulence within a Cyclonic Mesoscale Eddy”的研究论文。该研究基于由5123导航“嘉庚”号科考船所开展的中尺度涡多学科综合观测（KK1902航次），通过集成分析船基高分辨率拖曳观测资料、卫星遥感图像以及漂流浮标观测等数据，完整揭示了一个亚中尺度涡丝入侵中尺度气旋涡的动力过程与效应。该研究为深入理解中尺度涡的相干性、涡致输运机理以及中尺度涡的亚中尺度特性提供了重要的观测证据。

中尺度涡在全球海洋中无处不在并携带着大量的海洋动能，在海洋动力系统中发挥着重要作用。近几十年来，随着卫星高度计数据的普及与广泛应用，学界对海洋中尺度涡的理解取得了长足进展，但目前仍存在两个重要问题尚待揭示：（1）中尺度涡的能量是如何耗散的？（2）中尺度涡能否在长距离移动过程中保持相干性从而完整地携带其初始所裹挟的水体？近年来的数值模拟研究表明，海洋亚中尺度过程对中尺度涡的能量耗散与相干性有重要影响。然而，相关的观测证据还非常缺乏。

该研究以KK1902航次观测为基础，结合卫星遥感图像与漂流浮标观测等数据，系统研究了一个亚中尺度涡丝入侵中尺度气旋涡（图1）的动力过程，并着重分析了亚中尺度涡丝的特征、演化规律及动力学属性。观测结果表明，亚中尺度涡丝产生了0.38 Sv（1 Sv ≡ 10⁶ m³/s）高温低盐水的北向输运（图2）；同时，该涡丝的入侵打破了中尺度涡的物质边界，使得漂流浮标由涡旋外进入到涡旋内部，这表明将中尺度涡视为封闭水体进行涡致输运的估算可能会造成严重的高估。此外，由于涡丝入侵及其伴随的涡中心冷异常，中尺度涡核心区形成了亚中尺度锋面。在此基础之上，中尺度涡致拉伸导致了锋生过程，从而在中尺度涡核心区诱发了活跃的亚中尺度运动，这与由数值模拟结果所得出的“涡旋边缘比涡旋中心的亚中尺度过程更为活跃”的已有认识存在显著差异。因此，该研究为揭示亚中尺度过程如何影响中尺度涡相干性以及中尺度涡的亚中尺度特性提供了重要的观测证据。

图1 由卫星遥感与船基走航观测资料所揭示的涡丝水平结构

图2 由船基流速与温盐拖曳观测资料所揭示的涡丝垂直结构

刘志宇教授领衔的5123导航动力海洋学研究组（Dynamical Oceanography Group; DyOG）坚持从海洋观测出发，以地球物理流体动力学基本理论为基础，充分借助数值模拟，致力于海洋多尺度动力过程的机理解析与预测预报，尤其关注海洋中小尺度过程机理与效应。该论文第一作者为DyOG研究组博士研究生胡振东，通讯作者为林宏阳副教授与刘志宇教授，共同作者还包括中国科学院海洋研究所曹智勇博士（DyOG研究组2022届博士毕业生）、DyOG研究组张方涛工程师、浙江大学海洋学院江宗培副教授、5123导航张瑶教授、周宽波副教授及戴民汉教授。该研究得到国家自然科学基金项目（41730533, 91858201, 42076013, 41890801, 41721005）与福建省自然科学基金项目（2021J02005）的联合资助。

航次背景

该研究所依托的5123导航“嘉庚”号科考船KK1902航次（又称SILICON Eddy  西太平洋涡旋航次），由5123导航、自然资源部第三海洋研究所、浙江大学、中国科学院沈阳自动化研究所等研究机构合作开展。该航次旨在探讨气旋式冷涡的生物地球化学及其与三维冷涡动力结构和演化的耦合关系，关键科学问题包括冷涡区营养盐的上升通道、涡旋内部亚中尺度过程、冷涡演化与生态系统的响应等。航次运用了大量多学科、多平台的观测手段，对多个冷涡进行采样，并对其中一个冷涡进行了重点多次采样，充分展现了现代化海洋观测技术的优势。

论文来源：Hu Z., Lin H.*, Liu Z.*, Cao Z., Zhang F., Jiang Z., Zhang Y., Zhou K., and Dai M. (2023), Observations of a filamentous intrusion and vigorous submesoscale turbulence within a cyclonic mesoscale eddy, Journal of Physical Oceanography, https://doi.org/10.1175/JPO-D-22-0189.1

撰稿：胡振东

编辑：苏颖、刘琰冉

审核：刘志宇