亚中尺度涡流及其在海洋垂直热通量中的关键作用
海洋亚中尺度涡流在海洋能量传输中的重要作用，但由于这种亚中尺度涡流快读的演变和消散，研究它们仍是一个挑战，特别是亚中尺度涡流对垂直热通量的影响。近日，一项新的研究提供了有关亚中尺度涡流如何促进垂直热传输的重要见解，并强调了将这些过程整合到气候模型中以提高预测准确性的重要性。
亚中尺度涡流与垂直垂直热通量
亚中尺度涡流是瞬态湍流海洋特征，比传统海洋学中通常研究的中尺度涡流要小，尺度范围通常小于50公里，这些涡流具有高度动态性，可以快速演变和消散，因此很难直接研究它们。而垂直热通量是指热量从海洋表面向更深层的运动，直接影响着海洋内部热量的分布及其与大气的相互作用。
尽管亚中尺度涡流的规模相对较小，但它们对垂直热通量发挥着重要作用。亚中尺度涡流会加剧海洋湍流，从而加速不同海洋层之间的热量混合，进而影响从海洋表面向深水区传输的热量传输。2024年的一项研究也证实了这一点，研究发现亚中尺度海洋湍流可能深刻影响大气和海洋内部之间热量、碳和重要气候气体的垂直输送，以及示踪物和粒子的水平扩散，研究表明亚中尺度海洋涡流是地球气候系统的一个关键要素。
2023年一项由中山大学海洋学院、南方海洋科学与工程广东实验室（珠海）等引导的研究，探讨了海域亚中尺度垂直热输送的季节变化，研究发现亚中尺度垂直热输送在冬季最强，夏季最弱。
新的研究发现
近日，一项新的研究通过高分辨率的观测数据，量化亚中尺度涡流对海洋垂直热通量的贡献，特别是那些尺度小于15公里的涡流。研究人员利用2022年10月的机载观测数据，通过多普勒散射仪和长波红外相机等测量了海洋表面流和海表面温度。通过这些高分辨率的数据，研究人员能够分析那些尺度小至1公里的垂直热通量。
研究发现，亚中尺度涡流对垂直热通量的贡献显著。在那些尺度小于15公里的小尺度涡流中，超过80%的向上垂直热通量是由它们贡献的，研究发现，1-15公里的小尺度涡流对垂直热通量的贡献为177W/m²，远大于15-50公里尺度涡流的贡献的26W/m²。
此外，研究也探讨了涡流的温度与散度关系，研究发现，冷涡流通常与负散度相关，而暖涡流则与正散度相关，这表明亚中尺度涡流通过表面流的散度与温度异常的相位关系导致了向上的垂直热通量。
研究也指出，由于当前的数值模型通常无法充分模拟这些小尺度涡流，因此可能低估了它们在海洋热传输中的作用。
这项研究结果表明，亚中尺度涡流，尤其是小尺度涡流，对海洋垂直热通量有显著贡献，未来的研究应结合更多现场观测数据，特别是垂直结构数据，以进一步精确估计垂直热通量。研究结果强调了小尺度海洋过程在气候系统中的重要性，并为未来的海洋和气候模拟提供了新的见解。
思考
亚中尺度涡流如何与更大规模的洋流相互作用？
参考文献：Submesoscale Eddy Contribution to Ocean Vertical Heat Flux Diagnosed From Airborne Observations. doi.org/10.1029/2024GL112278