近日，由中科院海洋環(huán)流與波動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)銜的一項(xiàng)研究基于觀測和數(shù)模實(shí)驗(yàn)，在國際上首次揭示了存在于赤道太平洋溫躍層內(nèi)的一種大尺度海流能量耗散和驅(qū)動(dòng)湍流混合的新路徑，在氣候變化認(rèn)知和預(yù)測方面將產(chǎn)生顯著影響。相關(guān)研究成果發(fā)表于《通訊—地球與環(huán)境》。

大部分海洋動(dòng)能蘊(yùn)含在大、中尺度(水平尺度百公里以上)環(huán)流中，而大、中尺度環(huán)流蘊(yùn)含的動(dòng)能如何耗散進(jìn)而驅(qū)動(dòng)湍流混合目前仍不清楚。已有研究表明，水平尺度在百米到10公里范圍是亞中尺度，亞中尺度不穩(wěn)定過程可以作為大尺度海流向更小尺度的運(yùn)動(dòng)傳遞能量的重要媒介，其中對(duì)稱不穩(wěn)定是可有效實(shí)現(xiàn)該能量正向級(jí)串的一個(gè)重要途徑。對(duì)稱不穩(wěn)定過程通常被認(rèn)為發(fā)生在海表面或地形邊界附近，因?yàn)樵谶@兩種區(qū)域風(fēng)應(yīng)力和地形摩擦作用可提供其所需的反氣旋式位渦。

論文第一兼共同通訊作者、中科院海洋研究所周慧博士告訴《中國科學(xué)報(bào)》，這項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)了一種不同于傳統(tǒng)認(rèn)知的能量耗散新路徑，即存在于赤道海洋溫躍層內(nèi)、遠(yuǎn)離了海面或地形邊界區(qū)域的對(duì)稱不穩(wěn)定過程誘發(fā)的強(qiáng)湍流混合現(xiàn)象。該發(fā)現(xiàn)基于2017年國家自然科學(xué)基金委西太平洋開放共享航次在西太平洋130oE斷面北赤道流與北赤道逆流交匯區(qū)獲取的上500米微尺度湍流觀測，并利用高分辨率數(shù)值模式成功再現(xiàn)了觀測結(jié)果。

周慧表示，新發(fā)現(xiàn)的這一大尺度能量耗散混合的機(jī)制在于，2017年拉尼娜期間，新幾內(nèi)亞沿岸潛流的增強(qiáng)導(dǎo)致其攜帶更多的次表層南太平洋負(fù)位渦水跨過赤道后，進(jìn)一步被較強(qiáng)的哈目黑拉渦攜帶到達(dá)5oN附近的北赤道逆流區(qū)，在此處較強(qiáng)的垂向地轉(zhuǎn)剪切作用下，產(chǎn)生對(duì)稱不穩(wěn)定誘發(fā)湍流混合。該成果也是大尺度環(huán)流—中尺度渦旋—亞中尺度過程—小尺度湍流之間能量級(jí)串的一個(gè)典型例證。美國布朗大學(xué)教授Baylor Fox-Kemper在評(píng)審意見中認(rèn)為，這個(gè)發(fā)現(xiàn)非常新穎且有很大的應(yīng)用價(jià)值，特別是對(duì)粗分辨率氣候模式模擬具有重要參考價(jià)值。

盡管該發(fā)現(xiàn)是基于在赤道西太平洋區(qū)域的湍流觀測并利用高分辨數(shù)值模式在該區(qū)域進(jìn)行了成功再現(xiàn)，但周慧等認(rèn)為，有理由推測這一能量耗散路徑普遍存在于地球上其他赤道海洋區(qū)域。

鑒于赤道海洋占據(jù)海洋很大面積且在氣候變化中起著舉足輕重的作用，該發(fā)現(xiàn)對(duì)人們理解氣候變化并對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測具有重要參考價(jià)值。同時(shí)，這一過程與海洋在不同厄爾尼諾狀態(tài)有緊密聯(lián)系，將有助于進(jìn)一步理解厄爾尼諾現(xiàn)象。該成果也是觀測驅(qū)動(dòng)認(rèn)知的典型代表，體現(xiàn)了海洋觀測對(duì)于拓寬人們對(duì)海洋動(dòng)力過程的認(rèn)知起著重要作用。(記者 廖洋 通訊員 王敏)

關(guān)鍵詞： 大尺度湍流混合新路徑 赤道太平洋溫躍層 氣候變化認(rèn)知 驅(qū)動(dòng)湍流混合的新路徑