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）经志友团队，在南海次表层涡旋的形成过程与动力机制研究方面取得新进展。相关研究成果发表在Journal of Physical Oceanography上，博士研究生刘余亿为第一作者，研究员经志友为通讯作者。
中尺度涡旋蕴含海洋超过90%的动能，是海洋物质能量循环的主要动力载体，同时也是贡献海-气相互作用、海洋生态环境变化的关键动力过程。不同于表层强化的中尺度涡旋，海洋内部次表层涡旋是一类透镜状、低位涡、生命周期较长的特殊涡旋，能够携带源地异常性质水体输送至数千公里以外的海区，且难以被卫星遥感观测所识别，关于其形成、演变过程及动力学机制，目前尚缺乏深入系统的科学认识，更无法直接预报。
本研究基于高分辨率现场观测并结合再分析资料和位涡动力学分析，从边界层位涡通量收支新视角，揭示了南海典型次表层透镜状涡旋的形成过程与动力机制。研究结果表明，秋冬季大气非绝热强迫驱动的海面浮力损失是次表层涡旋形成的关键条件。秋冬季增强的海面浮力损失产生向上的位涡通量，减小反气旋涡的混合层位涡；次年春季大气热强迫驱动的海表升温，减弱海面浮力损失，逐渐向海表注入位涡，并抬升混合层，从而通过层化封存低位涡水至涡旋内部，最终在地转调整作用下形成海洋内部的透镜状中尺度涡旋。进一步分析表明，南海北部至少20%的反气旋涡在次年春夏季演变成为次表层透镜状涡旋。更重要的是，这些低位涡、透镜状次表层涡旋的形成，主要是由秋冬季海面降温（surface cooling）引起的海表浮力损失和地转调整所驱动，而非风场强迫（down-front wind forcing）。
本研究基于观测证据揭示了南海次表层透镜状涡旋形成的大气非绝热强迫新机制，对进一步深入认识和理解卫星遥感难以直接观测的全球海洋次表层涡旋及其形成机制具有重要科学意义。
该研究主要由国家自然科学基金共享航次计划、国家自然科学基金项目资助完成。
图1 （a）涡旋移动轨迹；（b）航次观测期间（2021年春季）SST和CTD温度剖面
图2 南海次表层透镜状涡旋形成的非绝热强迫机制
相关论文信息：Yuyi Liu,and Zhiyou Jing* (2024). Intrathermocline eddy with lens-shaped low potential vorticity and diabatic forcing mechanism in the South China Sea. Journal of Physical Oceanography,54(3),929-948.
原文链接：https://doi.org/10.1175/JPO-D-23-0149.1
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