海洋所探明中尺度涡引起海温变率关键过程

近日，中国科学院海洋研究所研究员王凡团队在中尺度涡旋引起海表面温度异常的研究中取得进展，通过资料分析和数值模拟厘定涡旋引起海温异常的关键过程为侧向平流，并指明涡旋移动和背景流是决定海温异常结构的关键因素，完善了对中尺度海温变率的认识，且具有很高普适性，对海洋涡旋动力学、中尺度海-气相互作用和海洋数值模拟与预测研究有一定参考意义。

中尺度涡旋是海洋普遍的运动现象，是海洋动能的主要载体，在海洋物质和能量分配中扮演重要角色。其也是中尺度海温变率的主要来源，并引发中尺度海-气相互作用过程，对大尺度海洋环流和区域气候具有塑造作用。已有研究提出了中尺度涡旋引起海表面温度异常（SSTA）的多个过程，但究竟哪个过程最为重要仍无定论。传统观点猜测，不同过程可能导致SSTA呈现不同的空间结构。其中，偶极子型SSTA（在涡旋中心左右两侧有符号相反的两个SSTA）主要由于涡旋的水平平流引起；单极子型SSTA（位于涡旋中心，单一的暖或冷SSTA）主要由涡旋中心的垂直对流或者涡旋的非线性裹挟产生。

该研究利用卫星观测数据分析北太平洋黑潮延伸体（KET）、副热带逆流（STCC）和北赤道逆流（NECC）三大涡旋活跃区域发现，在KET和NECC区域涡旋，SSTA接近单极子结构，在STCC海区SSTA更接近偶极子结构。研究提出衡量涡旋结构的“结构指数”（该指数越高越接近单级子，越低越接近偶极子），定量证实以上特征（KET：0.95、STCC：0.65、NECC：0.78）。对比分析不同区域和不同季节发现，涡旋平流过程与涡旋SSTA的强度具有很高的统计相关性。进而，研究独立构建一个简化的涡旋平流模型，成功模拟观测中SSTA的时空特征，从而证实涡旋侧向平流是产生SSTA的关键过程。

侧向平流如何产生单极子型SSTA？为回答这一问题，研究利用模型运行大量数值实验，分离侧向平流的搅拌、旋转、输送和平移四个子过程，并明晰它们对涡旋SSTA结构的影响：搅拌能产生很强的纯偶极子SSTA；旋转则将这个偶极子结构围绕涡旋中心转动，且削弱其振幅；输送（背景海流）和平移（涡旋的移动）的作用类似，都能使SSTA左极靠近涡旋中心，并削弱SSTA的右极，从而使SSTA更加接近单极子结构。NECC区域的SSTA单极子结构由涡旋快速向西移动（平移）和较强的东向背景流（输送）共同造就，而KET区域的单极子结构主要由东向背景流（输送）造成；STCC区域的输送和平移过程都较弱，因此其涡旋SSTA表现更加接近偶极子结构。

相关成果发表在Journal of Geophysical Research: Oceans上。研究得到中科院战略性先导科技专项、国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省自然科学基金和中科院海洋大科学研究中心重点部署项目资助。

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