近日，中科院海洋所王凡研究團隊在中尺度渦旋引起海表面溫度異常的研究方面取得新進展，成果在國際學術期刊《Journal of Geophysical Research: Oceans》在線發表。該研究通過資料分析和數值模擬厘定渦旋引起海溫異常的關鍵過程為側向平流，并指明渦旋移動和背景流是決定海溫異常結構的關鍵因素，成果對海洋渦旋動力學和中尺度海-氣相互作用等領域具有一定啟示。 

　　中尺度渦旋是海洋普遍的運動現象，是海洋動能的主要載體，在海洋物質和能量分配中扮演重要角色。中尺度渦旋也是中尺度海溫變率的主要來源，并引發中尺度海-氣相互作用過程，對大尺度海洋環流和區域氣候具有重要的塑造作用。以往研究提出了中尺度渦旋引起海表面溫度異常（SSTA）的多個過程，但究竟哪個過程最為重要仍無定論。傳統觀點猜測，不同過程可能導致SSTA呈現不同的空間結構。其中，偶極子型SSTA（在渦旋中心左右兩側有符號相反的兩個SSTA）主要由于渦旋的水平平流引起；而單極子型SSTA（位于渦旋中心，單一的暖或冷SSTA）主要由渦旋中心的垂直對流或者渦旋的非線性裹挾產生。但這些猜測一直未經可靠的觀測分析證實。 

　　王凡研究團隊利用衛星觀測數據分析了北太平洋三大渦旋活躍區域：黑潮延伸體（KET）、副熱帶逆流（STCC）和北赤道逆流（NECC）。發現在KET和NECC區域渦旋SSTA接近單極子結構，而在STCC海區SSTA更接近偶極子結構。提出了衡量渦旋結構的“結構指數”（該指數越高越接近單級子，越低越接近偶極子），定量證實了以上特征（KET：0.95，STCC：0.65，NECC：0.78）。通過對比分析不同區域和不同季節，發現渦旋平流過程與渦旋SSTA的強度具有很高的統計相關性。進而，團隊獨立構建了一個簡化的渦旋平流模型，成功模擬了觀測中SSTA的時空特征，從而證實了渦旋側向平流是產生SSTA的關鍵過程。 

上圖為北太平洋三大渦旋活躍區的渦致海表溫度異常（SSTA）結構：（a）黑潮延伸體(KET)、（b）副熱帶逆流（STCC）、北赤道逆流（NECC）；

下圖給出觀測分析得出的SSTA與渦旋平流項的統計關系，且渦旋平流模型能夠較好模擬SSTA的經向分布 

　　那么側向平流如何產生單極子型SSTA呢？為了回答這一問題，團隊利用模型運行了大量數值實驗，分離了側向平流的四個子過程：攪拌、旋轉、輸送和平移，并摸清了它們對渦旋SSTA結構的影響。攪拌能產生很強的純偶極子SSTA；旋轉則將這個偶極子結構圍繞渦旋中心轉動，且削弱其振幅；輸送（背景海流）和平移（渦旋的移動）的作用類似，都能使得SSTA左極靠近渦旋中心，并削弱SSTA的右極，從而使SSTA更加接近單極子結構。NECC區域的SSTA單極子結構由渦旋快速向西移動（平移）和較強的東向背景流（輸送）共同造就，而KET區域的單極子結構主要由東向背景流（輸送）造成；STCC區域的輸送和平移過程都較弱，因此其渦旋SSTA表現更加接近偶極子結構。這一成果完善了我們對中尺度海溫變率的認識，具有很高的普適性，對海洋渦旋動力學、中尺度海-氣相互作用和海洋數值模擬與預測研究有一定參考意義。 

渦旋側向平流的四個子過程示意圖：（a）攪拌、（b）旋轉、（c）輸送、（d）平移及它們對SSTA的作用

　　該論文由第一作者中科院海洋所博士研究生律明坤、通訊作者王凡研究員和李元龍研究員與中國海洋大學張正光教授、中科院海洋所朱亞楠博士共同合作完成。研究得到了中科院戰略性先導科技專項、國家重點研發計劃、國家自然科學基金、山東省自然科學基金和中國科學院海洋大科學研究中心重點部署項目資助。  

　　文章信息：Lv, M., Wang, F.*, Li, Y.*, Zhang, Z., & Zhu, Y. (2022). Structure of sea surface temperature anomaly induced by mesoscale eddies in the North Pacific Ocean. Journal of Geophysical Research: Oceans, 127, e2021JC017581. https://doi.org/10.1029/2021JC017581