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研究首次发现一种大尺度湍流混合新路径

2022.3.14

　　近日，由中科院海洋环流与波动重点实验室领衔的一项研究基于观测和数模实验，在国际上首次揭示了存在于赤道太平洋温跃层内的一种大尺度海流能量耗散和驱动湍流混合的新路径，在气候变化认知和预测方面将产生显著影响。相关研究成果发表于《通讯—地球与环境》。

　　大部分海洋动能蕴含在大、中尺度（水平尺度百公里以上）环流中，而大、中尺度环流蕴含的动能如何耗散进而驱动湍流混合目前仍不清楚。已有研究表明，水平尺度在百米到10公里范围是亚中尺度，亚中尺度不稳定过程可以作为大尺度海流向更小尺度的运动传递能量的重要媒介，其中对称不稳定是可有效实现该能量正向级串的一个重要途径。对称不稳定过程通常被认为发生在海表面或地形边界附近，因为在这两种区域风应力和地形摩擦作用可提供其所需的反气旋式位涡。

　　论文第一兼共同通讯作者、中科院海洋研究所周慧博士告诉《中国科学报》，这项新研究发现了一种不同于传统认知的能量耗散新路径，即存在于赤道海洋温跃层内、远离了海面或地形边界区域的对称不稳定过程诱发的强湍流混合现象。该发现基于2017年国家自然科学基金委西太平洋开放共享航次在西太平洋130oE断面北赤道流与北赤道逆流交汇区获取的上500米微尺度湍流观测，并利用高分辨率数值模式成功再现了观测结果。

　　周慧表示，新发现的这一大尺度能量耗散混合的机制在于，2017年拉尼娜期间，新几内亚沿岸潜流的增强导致其携带更多的次表层南太平洋负位涡水跨过赤道后，进一步被较强的哈目黑拉涡携带到达5oN附近的北赤道逆流区，在此处较强的垂向地转剪切作用下，产生对称不稳定诱发湍流混合。该成果也是大尺度环流—中尺度涡旋—亚中尺度过程—小尺度湍流之间能量级串的一个典型例证。美国布朗大学教授Baylor Fox-Kemper在评审意见中认为，这个发现非常新颖且有很大的应用价值，特别是对粗分辨率气候模式模拟具有重要参考价值。

　　尽管该发现是基于在赤道西太平洋区域的湍流观测并利用高分辨数值模式在该区域进行了成功再现，但周慧等认为，有理由推测这一能量耗散路径普遍存在于地球上其他赤道海洋区域。

　　鉴于赤道海洋占据海洋很大面积且在气候变化中起着举足轻重的作用，该发现对人们理解气候变化并对其进行准确预测具有重要参考价值。同时，这一过程与海洋在不同厄尔尼诺状态有紧密联系，将有助于进一步理解厄尔尼诺现象。该成果也是观测驱动认知的典型代表，体现了海洋观测对于拓宽人们对海洋动力过程的认知起着重要作用。

海流能量驱动湍流

中国科学报

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研究首次发现一种大尺度湍流混合新路径

周锦帆