近日，由中科院海洋環(huán)流與波動重點實驗室領銜的一項研究基于觀測和數模實驗，在國際上首次揭示了存在于赤道太平洋溫躍層內的一種大尺度海流能量耗散和驅動湍流混合的新路徑，在氣候變化認知和預測方面將產生顯著影響。相關研究成果發(fā)表于《通訊—地球與環(huán)境》。

大部分海洋動能蘊含在大、中尺度(水平尺度百公里以上)環(huán)流中，而大、中尺度環(huán)流蘊含的動能如何耗散進而驅動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動傳遞能量的重要媒介，其中對稱不穩(wěn)定是可有效實現該能量正向級串的一個重要途徑。對稱不穩(wěn)定過程通常被認為發(fā)生在海表面或地形邊界附近，因為在這兩種區(qū)域風應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《中國科學報》，這項新研究發(fā)現了一種不同于傳統認知的能量耗散新路徑，即存在于赤道海洋溫躍層內、遠離了海面或地形邊界區(qū)域的對稱不穩(wěn)定過程誘發(fā)的強湍流混合現象。該發(fā)現基于2017年國家自然科學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，并利用高分辨率數值模式成功再現了觀測結果。

周慧表示，新發(fā)現的這一大尺度能量耗散混合的機制在于，2017年拉尼娜期間，新幾內亞沿岸潛流的增強導致其攜帶更多的次表層南太平洋負位渦水跨過赤道后，進一步被較強的哈目黑拉渦攜帶到達5oN附近的北赤道逆流區(qū)，在此處較強的垂向地轉剪切作用下，產生對稱不穩(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串的一個典型例證。美國布朗大學教授Baylor Fox-Kemper在評審意見中認為，這個發(fā)現非常新穎且有很大的應用價值，特別是對粗分辨率氣候模式模擬具有重要參考價值。

盡管該發(fā)現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值模式在該區(qū)域進行了成功再現，但周慧等認為，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)現對人們理解氣候變化并對其進行準確預測具有重要參考價值。同時，這一過程與海洋在不同厄爾尼諾狀態(tài)有緊密聯系，將有助于進一步理解厄爾尼諾現象。該成果也是觀測驅動認知的典型代表，體現了海洋觀測對于拓寬人們對海洋動力過程的認知起著重要作用。(記者 廖洋 通訊員 王敏)

關鍵詞： 大尺度湍流混合新路徑 赤道太平洋溫躍層 氣候變化認知 驅動湍流混合的新路徑