海洋中為什么存在如此繽紛多彩的物理現象，又是什么維系了它們在海洋中駐足的“壽命”？這是物理海洋學有待回答一個基本問題。海洋是一個輸入-耗散能量級聯系統: 風在海盆尺度上驅動大洋環流，輸入的能量經歷多尺度串級，最終在毫米尺度上由摩擦耗散。從海洋能量學的角度看，‘海洋現象’只是能量載體的一種存在形式，是一個能量串級與平衡過程中駐足時間相對較長的節點。然而，人們對影響‘海洋現象’中能量駐足時長的過程和機理仍然知之甚少。近日，中科院海洋所徐永生團隊在該領域研究中取得進展，首次發現維系海洋渦旋長期存在的能量串級循環結構。

　　海洋中尺度渦旋承載了海洋中大約百分之九十的動能，壽命可達3年，對物質能量輸運和氣候變化有重大影響。海洋渦旋的能量會因內部不穩定過程而不斷地耗散，為什么還能夠存在如此長的時間呢？徐永生團隊通過分析橫穿氣旋渦和反氣旋渦的ADCP速度觀測剖面發現: 不穩定過程使中尺度渦旋的動能發生正向串級并轉化成為波動運動，而波動運動會通過對渦流的擠壓誘導逆向動能串級，阻止了動能向耗散尺度的進一步演化，并且使部分動能重新回到渦旋尺度，這個動能的正、逆向串級循環結構大大降低了中尺度渦的能量耗散。

左：（a）和（c）分別是橫貫氣旋渦和反氣旋渦ADCP剖面的動能通量譜，正值表示正向動能串級，負值代表逆向動能串級; 右：（b）和（d）是左邊對應能量通量譜的典型深度截面，表明渦旋內部正向串級的動能與逆向串級的動能大部分可以抵消

　　渦旋的活力依賴于其所攜帶的能量，徐永生團隊通過對動能、擬能通量和波、渦動能波數譜的綜合研究，發現渦旋內部存在著有效維系渦旋能量的動能和擬能的正、逆串級循環結構: 波動運動對渦流的拉伸和擠壓作用不僅導致擬能正向和逆向串級，而且造成動能在不同深度上存在相反方向串級的內部循環結構。以上成果近日在國際學術期刊Physics of Fluids在線發表，文章第一作者是徐永生團隊在讀博士生劉英和，徐永生研究員為通訊作者。

左圖：氣旋渦中的能量串級和擬能串級；右圖：反氣旋渦中的能量串級和擬能串級。實線藍色箭頭表示正向能量串級，點線藍色箭頭表示逆向能量串級，實線黑色箭頭表示能量轉移，實線紅色箭頭表示正向擬能串級，點線紅色箭頭表示逆向擬能串級　　

　　渦旋何以生長出如此精妙的能量循環結構？這應該是自然選擇的結果，渦旋的能量循環結構只是大自然中大量存在的能量循環結構中的一部分。海洋是一個輸入-耗散多尺度能量級聯系統，海洋中的能量串級是普遍存在的，物理海洋的研究目標不應該僅是證明它的存在，更重要的是探究它在“現象”之所以能夠存在中所起到的作用，成為理解和預測海洋中繽紛現象的一把鑰匙?！　?/p>

　　論文鏈接：https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0062814