近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室（LTO）蔡树群研究团队在全球中尺度涡与近惯性内波之间的能量传递研究方面取得新进展。相关研究成果于2023年8月19日发表在Geophysical Research Letters上，硕士研究生刘耿滨为论文第一作者，研究员陈植武和蔡树群为共同通讯作者，合作者还包括厦门大学刘志宇教授等人。
中尺度涡包含了海洋中大部分的动能。了解并量化中尺度涡的能量传递路径是平衡海洋能量收支以及完善海洋预报模式的关键一环。由于受到地转约束，中尺度涡的能量将逆向串级至大尺度运动，而关于中尺度涡与小尺度耗散运动间的能量传递路径到目前为止还没有十分清晰的认识与结论。近年来，近惯性内波被认为是除次中尺度运动外的又一沟通中尺度涡与小尺度运动的重要桥梁，能够有效地促进中尺度涡能量的正向传递。
目前，中尺度涡与近惯性内波间的能量传递过程主要是基于模式数据来进行研究的，缺乏实测数据的验证，故该项工作利用美国NOAA所发布的全球漂流浮标数据来进行研究。前人低分辨率的模式结果表明，中尺度涡与近惯性内波之间的能量传递效率较低，可以忽略不计。本研究利用地转流为准定常运动的特点，合理地假设地转流场在一小时内（所用漂流浮标数据的采样时间间隔）不会显著变化。继而，利用漂流浮标前后两个时刻的地转流速计算得到具有较高空间分辨率（约1km）的地转流空间梯度，并进而计算中尺度涡与近惯性内波之间的能量传递效率。结果表明，全球中尺度涡与近惯性内波之间存在着显著的双向能量传递，但整体上以正向能量传递为主(即中尺度涡向近惯性内波传递能量，图1)。在全球60oS-60oN 的范围内，中尺度涡传递给近惯性内波的能量总量约为0.025 TW，与全球的近惯性风能输入 (0.2 TW) 相比，能量传递效率约为13%。这表明中尺度涡与近惯性内波间的能量传递在海洋中具有不可忽视的地位。与理想数值模式的对比结果表明，该漂流浮标数据的处理方法仍然低估了中尺度涡与近惯性内波间实际的能量传递效率。
图1. (a) 中尺度涡与近惯性内波间能量传递率 (ε) 的气候态平均结果，右侧为纬向平均的结果。(b) 近惯性风能输入 (W) 的全球气候态平均结果。(c)和(d)分别是由5天和3天低通滤波计算得到的能量传递率。(e)近惯性动能和(f)相对涡度在归一化涡旋半径中的合成曲线。(g)能量传递率的大小(|ε|)随Okubo-Weiss parameter (OWP)的变化趋势。
该工作利用全球漂流浮标数据首次从观测角度对中尺度涡与近惯性内波间的能量传递过程进行研究，并揭示其在海洋能量传递过程中的重要地位，将为未来该方向的研究提供一个重要参考。
该研究由国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目、西太重大研究计划重点项目、面上项目、青年项目、广州市科技计划项目、LTO自主项目等共同资助完成。
相关论文信息：Liu G, Chen Z*, Lu H, Liu Z, Zhang Q, He Q, He Y, Xu J, Gong Y, Cai S*, Energy transfer between mesoscale eddies and near-inertial waves from surface drifter observations. Geophysical Research Letters, 2023, 50, e2023GL104729.
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