海洋中的“暖气片”，海气湍流热通量如何影响海洋涡流热输送

海洋就像地球的“暖气片”？它通过与大气之间的热量交换，影响着全球的气候。这种热量交换，我们称之为“海气热交换”。海洋表面温度并不是一成不变的，它们会形成一个个“漩涡”，我们称之为“海洋涡旋”。这些涡旋就像海洋中的“指纹”，它们有的温度较高，有的温度较低。这些温度差异会影响海气之间的热量交换。

当海洋表面温度高于大气时，热量就会从海洋传递到大气。反之，当海洋表面温度低于大气时，热量就会从大气传递到海洋。这种热量的传递主要通过湍流来实现。想象一下，海面上的风吹过，带起层层波浪，这些波浪就像一个个小型的“搅拌器”，将海洋表层的热量带到大气中。

这些海洋涡旋在海气热交换中扮演着重要的角色。温度较高的涡旋会将热量释放到大气中，而温度较低的涡旋则会从大气中吸收热量。这种热量的输送，会影响到局部地区的天气气候，甚至全球的气候变化。

一项新的研究，探讨了海气湍流热通量（海洋与大气之间的热交换）如何影响海洋涡流对暖水和冷水的横向运动。研究发现，海洋涡流产生不同的海面温度异常（SSTA）模式，可以是单极子（单个暖核或冷核）或偶极子（一对相反符号的SSTA）。当海气湍流热通量抑制SSTA时，海洋涡流会产生偶极SSTA模式，从而抵消背景SST的涡流搅动，由于涡流水平速度与海温异常之间的相关性增强，偶极子模式增强了横向涡流热输送。

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参考文献：Weiguang Wu, Amala Mahadevan，Air-Sea Turbulent Heat Flux Affects Oceanic Lateral Eddy Heat Transport.  Geophysical Research Letters，First published: 07 November 2024，doi.org/10.1029/2024GL110459

一、什么是海气湍流，什么是海洋涡流？他们是如何形成的？

海气湍流是指发生在大气和海洋界面上的不规则的、随机的运动。这种运动导致了热量、动量、水汽等在海气界面上的交换。想象一下，海面就像一个巨大的锅，不断地沸腾着，其中的气泡就是一个个小型的湍流。这些湍流的产生，主要是因为海面风力的作用，以及海水的密度差异。

海洋涡旋则是海洋中旋转的流动系统。它们的大小从几公里到几百公里不等，形状也各异。海洋涡旋的形成原因多种多样，比如，由持续的风力作用于海面，驱使海水旋转形成；海底地形的不平整，会阻碍海水的流动，从而形成涡旋；海水密度差异产生的流动，也会形成涡旋。

海气湍流和海洋涡旋之间有着密切的联系。海洋涡旋会影响海面的粗糙度，从而改变海气之间的动量和热量交换。例如，暖涡会增加海面的蒸发，而冷涡则会抑制蒸发。另一方面，海气湍流也会影响海洋涡旋的强度和发展。强烈的海气湍流会加速涡旋的能量耗散，从而缩短其寿命。

总之，海气湍流是发生在海气界面上的不规则运动，主要由风力和海水密度差异引起。海洋涡旋是海洋中旋转的流动系统，由多种因素形成。海气湍流和海洋涡旋相互影响，共同塑造了海洋和大气的复杂系统。

二、什么是单极子SSTA？什么是偶极子SSTA？

单极子 SSTA （海面温度异常）是指海面温度出现单一、均匀异常的模式。这意味着海洋表面的某个区域要么持续比周围水域温暖，要么持续比周围水域凉爽。其特点是均匀性和单核。均匀性是指异常要么全部为正（暖），要么全部为负（冷）。单核是指温度偏差形成温水或冷水的单核。​​​​

偶极子海温异常是指两个相邻区域的温度异常相反。这意味着一部分海面温度高于平均水平，而另一部分海面温度低于平均水平。其特点是相反异常和两个核心。相反异常是指一个区域具有正（暖）异常，而相邻区域具有负（冷）异常。两个核心是指温度偏差产生两个不同的核心，一个暖核，一个冷核，通常彼此靠近。

单极子海温异常通常由广阔的洋流或广泛的海气热交换事件等大规模过程形成。偶极海温异常通常由更复杂的相互作用引起，例如存在横向输送热量的涡流，从而形成对比温度异常区域。由于涡流水平速度与海温异常之间的相关性增强，这种模式对于增强横向涡流热输送尤其重要。

这些SSTA模式对于了解海洋热量的分布方式至关重要，而热量的分布又会影响天气模式和气候动态。

三、SSTA在侧向涡流热输送中起什么作用？

海面温度异常( SSTA)通过影响整个海洋表面的温度分布，在横向涡旋热输送中发挥着至关重要的作用。当海洋涡流形成时，它们会形成暖水和冷水区域，称为SSTA模式这些模式增强了涡旋的水平速度，增加了涡旋的水平速度与海温异常之间的相关性。这种增强的相关性导致更有效的横向热传输，因为涡流有效地重新分配了整个海洋的热量。

不同纬度地区的海温异常衰减速率存在明显差异。赤道和亚热带地区，由于强烈的海气相互作用和湍流热通量，SSTA衰减率相对较高。这导致偶极海温异常模式，其中暖异常和冷异常彼此相邻​。中纬度和高纬度地区，这些地区的海表温度变化衰减率较低，导致出现具有单个暖核或冷核的单极海表温度变化模式。这些地区的衰减速度较慢，使得海温异常能够持续更长时间，影响当地气候和海洋环流。

四、思考

不同海盆（如太平洋、大西洋、印度洋）的中尺度涡流的特征和影响有何不同？中尺度涡流如何与区域洋流相互作​​用并影响区域气候模式？

中尺度涡流在垂直热量和盐分输送中起什么作用？中尺度涡流如何与深海过程相互作用？

中尺度涡流如何影响海洋生态系统和生物地球化学循环？中尺度涡流对海洋生物分布有何作用？

中尺度涡旋如何响应和影响气候变化？中尺度涡流和气候变化（例如厄尔尼诺-南方涛动）之间的反馈机制是什么？中尺度涡旋如何促成极端天气事件（如飓风、台风）的形成和强化？

这些有趣的问题旨在激发你的思考，助你更深入地理解，希望能为你带来新的启示和帮助~~~

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