杨潇霄, 曹海锦, 经志友

1. 河海大学海洋学院, 江苏 南京 210024;

2. 热带海洋环境国家重点实验室(中国科学院南海海洋研究所), 广东 广州 510301

海洋环流中包含复杂的多尺度动力过程。以往对于涡旋的研究主要侧重于大尺度和中尺度过程(地转平衡条件)(Ferrari et al, 2009), 尤其近几十年来, 卫星高度计的成功应用大力推动了海洋中尺度过程的研究(Stammer, 1997; Chelton et al, 2007)。然而由于目前观测能力在空间分辨率上的限制, 海洋中的次中尺度[空间尺度O(0.1～10km), 时间尺度O(1d)]过程难以被准确的观测。尽管近年来, 海洋的水色卫星、合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)图像能够捕捉到次中尺度过程的表面形态结构(Zeng et al, 2014; Zheng, 2017; Yu et al, 2018), 但仅通过瞬时的图像难以用于研究其复杂的动态特征和形成机制等问题。随着观测和数值模拟水平的提高, 大量研究表明次中尺度过程对海洋中能量正向串级有着重要作用(McWilliams et al, 2001; Capet et al, 2008), 同时由于其非地转过程产生的垂向速度较中尺度过程大一个量级, 对海洋中热量、盐度、营养盐等物质的垂向交换也起到了至关重要的作用(e.g., Rudnick et al, 1996; Spall et al, 2000; Lapeyre et al, 2006; Mahadevan et al, 2006)。

次中尺度流具有较强的局地涡度(接近甚至超过行星涡度)以及较小的Richardson数[O(1)], 表明其同时具有地转与非地转的特征, 且易于发生剪切不稳定和斜压不稳定。次中尺度流的形成主要受到背景流和强迫场的影响, 动力学上的主要生成机制包括: 1) 锋生作用(Thomas et al, 2008); 2) 非强迫作用, 比如非地转斜压不稳定(Molemaker et al,2005; Boccaletti et al, 2007); 3) 外强迫作用, 如浮力损失(Haine et al, 1998), 因此往往具有较大的水平浮力梯度, 且随着斜压性的增强, 尤其容易引起位涡的变化。……