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，在南海亚中尺度动力不稳定的高频变化特征、物理机制及其垂向热输运定量贡献等观测研究方面取得新进展，研究成果先后发表于国际期刊《Geophysical Research Letters》，合作者包括南海海洋研究所博士后郑瑞玺、河海大学副教授曹海锦和美国布朗大学教授Baylor Fox-Kemper。
海洋亚中尺度过程通过非地转动力不稳定，驱动地转能量正向串级与耗散，并显著增强热量、营养盐等要素的垂向交换，在海洋物质能量循环和海-气相互过程中扮演了不可或缺的重要作用。本研究基于南海高分辨率现场观测数据并结合理论分析，揭示了亚中尺度动力不稳定的高频变化机制及其对垂向热输运的定量贡献。研究结果表明，南海混合层对称不稳定的昼夜高频变化，主要是由大气非绝热强迫所驱动，而非风场强迫（down-front wind forcing）。夜间海表冷却驱动的边界层浮力损失，通过增强亚中尺度动力不稳定和垂向次级环流，引起约60%的混合层亚中尺度再层化。
进一步基于国家基金委共享航次计划重大科学问题航次的观测研究表明，海洋涡旋海域普遍存在的锋面亚中尺度过程引起的垂向净热通量高达100 W/m2，比经典地转理论和传统认识的中尺度贡献大1-2个量级，且影响深度深达150米海洋次表层，对上层海洋具有显著的加热效应。
上述研究首次基于高时空分辨率现场观测定量揭示了海洋亚中尺度动力不稳定的快速变化机制及其对垂向热输运的重要贡献，明确了大气非绝热强迫的关键调控作用，对进一步深入认识和理解海洋亚中尺度动力过程及其生态气候效应、海洋与气候模式的亚中尺度参数化改进，以及助力“海洋亚中尺度动力学”前沿方向发展等具有重要科学意义。
该研究主要由国家自然科学基金项目、国家自然科学基金共享航次计划资助完成。
图1 （a）南海高时空分辨率现场观测；（b）TRIAXUS拖体高分辨率观测温度剖面；（c）涡旋活跃海域位温波数谱
图2 （a）海表浮力通量、侧向浮力梯度与动力不稳定的昼夜变化；（b）亚中尺度不稳定再层化效应与小尺度混合去层化效应；（c）多尺度垂向热通量及其波数谱
论文信息：Ruixi Zheng and Zhiyou Jing* (2024). Diurnal variability of mixed layer overturning instabilities from glider array observations in the South China Sea. Geophysical Research Letters,51 (11),e2023GL107694. https://doi.org/10.1029/2023GL107694
Haijin Cao,Zhiyou Jing*,and Baylor Fox-Kemper (2024). Scale-dependent vertical heat transport inferred from quasi-synoptic submesoscale-resolving observations. Geophysical Research Letters,51 (12),e2024GL110190. https://doi.org/10.1029/2024GL110190
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