河海大學(xué)學(xué)者在渦旋亞中尺度過程現(xiàn)場觀測研究方面取得持續(xù)進(jìn)展！

近日，河海大學(xué)海洋學(xué)者在海洋渦旋亞中尺度過程引起的側(cè)向混合和垂向交換研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表在海洋領(lǐng)域?qū)I(yè)期刊Journal of Geophysical Research: Oceans上。

海洋亞中尺度過程廣泛存在于全球大洋，常與海洋渦旋和鋒面相伴發(fā)生。該過程具有顯著的非地轉(zhuǎn)特性，可有效激發(fā)強(qiáng)烈的垂向運(yùn)動，對于調(diào)控上層海洋的熱量、碳循環(huán)、營養(yǎng)鹽、生態(tài)等過程具有重要作用。然而，受限于其小時-天的短生命周期和1–10 公里的空間尺度，亞中尺度過程的現(xiàn)場觀測充滿挑戰(zhàn)。長期以來，針對亞中尺度的系統(tǒng)觀測計劃主要由歐美國家主導(dǎo)，如 S-MODE、CALYPSO 等國際聯(lián)合觀測計劃。

近年來，依托基金委共享航次計劃、南海季風(fēng)綜合觀測航次，研究團(tuán)隊聯(lián)合河海大學(xué)、中科院南海海洋研究所、南方海洋科學(xué)與工程廣東省實驗室等單位的優(yōu)勢力量，圍繞海洋渦旋亞中尺度過程的動力學(xué)機(jī)制和生態(tài)氣候效應(yīng)等關(guān)鍵科學(xué)問題，開展了以亞中尺度為目標(biāo)的現(xiàn)場觀測試驗，團(tuán)隊先后實施了拖曳觀測、湍流觀測、滑翔機(jī)組網(wǎng)觀測、漂流浮標(biāo)陣列觀測等具有特色的觀測工作。經(jīng)過多年的探索和積累，在南海渦旋亞中尺度過程的精細(xì)化觀測方面不斷取得突破（圖1），并形成了一系列具有國際影響力的研究成果。

圖1. 近年來圍繞渦旋亞中尺度過程的現(xiàn)場觀測試驗

基于多次觀測試驗，獲得了渦旋區(qū)域超高分辨率的多源觀測數(shù)據(jù)，并結(jié)合高分辨率數(shù)值模擬（圖2），取得了新的科學(xué)認(rèn)識：

1. 系統(tǒng)揭示了渦旋區(qū)域亞中尺度過程的動力學(xué)特征及其形成機(jī)制（圖3），顯著深化了對亞中尺度非地轉(zhuǎn)動力特性的理解；

2. 定量評估了中尺度渦旋內(nèi)部由亞中尺度過程引起的側(cè)向混合強(qiáng)度（上層150米超過100 m2 s-1），引起了渦旋內(nèi)外的物質(zhì)交換；

3. 揭示了渦旋內(nèi)次表層沿等密面垂向輸送的機(jī)制及貢獻(xiàn)（>70%），對維持氣旋渦內(nèi)次表層葉綠素極大值具有關(guān)鍵作用；

4. 定量刻畫了亞中尺度過程引起的凈向上的強(qiáng)垂向熱輸送，平均達(dá)到100 W m-2，對于局地的海洋熱力平衡具有重要影響。

圖2.數(shù)值模式中的渦旋特征和拉格朗日粒子追蹤實驗

上述成果系統(tǒng)闡明了渦旋亞中尺度過程引起的渦旋“泄露”及其在垂向物質(zhì)熱量輸送中的關(guān)鍵作用，推動了亞中尺度研究由定性描述向定量刻畫的深化發(fā)展，對理解海洋生態(tài)系統(tǒng)演變、碳循環(huán)過程及生物地球化學(xué)耦合等具有重要科學(xué)意義。

未來，研究團(tuán)隊將繼續(xù)聚焦渦旋亞中尺度過程中的動力學(xué)機(jī)制、非地轉(zhuǎn)效應(yīng)、垂向輸送及能量串級等核心科學(xué)問題，進(jìn)一步闡明亞中尺度過程在海洋物質(zhì)能量循環(huán)中的貢獻(xiàn)。

圖3.渦旋亞中尺度的動力機(jī)制和引起的物質(zhì)輸送示意圖

曹海錦，河海大學(xué)海洋學(xué)院副教授，物理海洋系主任，主要從事海洋中小尺度動力過程及其生態(tài)氣候效應(yīng)的研究，近年來多次參加基金委渦旋重大科學(xué)問題航次，開展了以“亞中尺度過程”為研究目標(biāo)的現(xiàn)場觀測。近年來，在GRL、JPO、JGR-Oceans等國際權(quán)威期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇，入選“江蘇省青年科技人才托舉工程”，獲海洋工程科學(xué)技術(shù)獎二等獎（排名第1），獲JGR-OCEANS 2022-2023年高被引作者，擔(dān)任國際海洋與極地工程協(xié)會技術(shù)委員會委員，擔(dān)任世界海洋觀測大會2029（Obs29）青年委員會委員。

已發(fā)表的相關(guān)研究成果：

Cao,H., Fox-Kemper, B., Song, X., Yuan, Y., & Jing, Z. (2026). Submesoscale stirring drives lateral dispersion and vertical exchange in a cyclonic mesoscale eddy. Journal of Geophysical Research: Oceans, 131, e2025JC023066.

Cao,H., Jing, Z., & Fox-Kemper, B. (2024). Scale-dependent vertical heat transport inferred from quasi-synoptic submesoscale-resolving observations. Geophysical Research Letters. 51, e2024GL110190.

Cao,H., Freilich, M., Song, X., Jing, Z., Fox-Kemper, B., Qiu, B., Hetland, R., Chai, F., Ruiz, S., &Chen, D. (2024). Isopycnal submesoscale stirring crucially sustaining subsurface chlorophyll maximum in ocean cyclonic eddies. Geophysical Research Letters, 51, e2023GL105793.

Song, X.,Cao,H., Qiu, B., Wang, W., & Yu, W. (2023). Subsurface imbalance stimulated in a mesoscale eddy. Part I: Observations. Deep-Sea Research I, 104001.

Cao,H., Song, X., Liao, G., Ning, C., & Yu, W. (2022). Microstructure observations of three-layered mixing on the shelf of the northwestern South China Sea. Deep-Sea Research II, 105166.

• 信息來源：河海大學(xué)。

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