南海次表層渦旋形成的非絕熱強迫機制獲揭示

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研究員經志友團隊在國家自然科學基金共享航次計劃、國家自然科學基金項目等資助下，研究揭示了南海次表層渦旋的形成過程與動力機制。相關成果發表于《物理海洋學雜志》（Journal of Physical Oceanography）。

論文第一作者、中國科學院南海海洋研究所博士研究生劉余億表示，中尺度渦旋蘊含海洋超過90%的動能，是海洋物質能量循環的主要動力載體，同時也是貢獻海-氣相互作用、海洋生態環境變化的關鍵動力過程。不同于表層強化的中尺度渦旋，海洋內部次表層渦旋是一類透鏡狀、低位渦、生命周期較長的特殊渦旋，能夠攜帶源地異常性質水體輸送至數千公里以外的海區，且難以被衛星遙感觀測所識別，關于其形成、演變過程及動力學機制，目前尚缺乏深入系統的科學認識，更無法直接預報。

該研究基于高分辨率現場觀測并結合再分析資料和位渦動力學分析，從邊界層位渦通量收支新視角，揭示了南海典型次表層透鏡狀渦旋的形成過程與動力機制。研究結果表明，秋冬季大氣非絕熱強迫驅動的海面浮力損失是次表層渦旋形成的關鍵條件。秋冬季增強的海面浮力損失產生向上的位渦通量，減小反氣旋渦的混合層位渦；次年春季大氣熱強迫驅動的海表升溫，減弱海面浮力損失，逐漸向海表注入位渦，并抬升混合層，從而通過層化封存低位渦水至渦旋內部，最終在地轉調整作用下形成海洋內部的透鏡狀中尺度渦旋。

進一步分析表明，南海北部至少20%的反氣旋渦在次年春夏季演變成為次表層透鏡狀渦旋。更重要的是，這些低位渦、透鏡狀次表層渦旋的形成，主要是由秋冬季海面降溫（surface cooling）引起的海表浮力損失和地轉調整所驅動，而非風場強迫（down-front wind forcing）。

論文通訊作者經志友表示，該研究基于觀測證據揭示了南海次表層透鏡狀渦旋形成的大氣非絕熱強迫新機制，對進一步深入認識和理解衛星遙感難以直接觀測的全球海洋次表層渦旋及其形成機制具有重要科學意義。

相關論文信息：https://doi.org/10.1175/JPO-D-23-0149.1

（a）渦旋移動軌跡；（b）航次觀測期間（2021年春季）SST和CTD溫度剖面。研究團隊供圖

南海次表層透鏡狀渦旋形成的非絕熱強迫機制。研究團隊供圖