學者首次研究明確大氣非絕熱強迫的關鍵調控作用

近日，中國科學院南海海洋研究所研究員經志友團隊與河海大學副教授曹海錦、美國布朗大學教授Baylor Fox-Kemper合作，首次基于高時空分辨率現場觀測定量揭示了南海亞中尺度不穩定的高頻變化機制及其垂向熱輸運貢獻。相關成果先后發表于《地球物理研究通訊》（Geophysical Research Letters）。

海洋亞中尺度過程通過非地轉動力不穩定，驅動地轉能量正向串級與耗散，并顯著增強熱量、營養鹽等要素的垂向交換，在海洋物質能量循環和海-氣相互過程中扮演了不可或缺的重要作用。

該研究在國家自然科學基金等項目的資助下，基于南海高分辨率現場觀測數據并結合理論分析，揭示了亞中尺度動力不穩定的高頻變化機制及其對垂向熱輸運的定量貢獻。

研究結果表明，南海混合層對稱不穩定的晝夜高頻變化，主要是由大氣非絕熱強迫所驅動，而非風場強迫（down-front wind forcing）。夜間海表冷卻驅動的邊界層浮力損失，通過增強亞中尺度動力不穩定和垂向次級環流，引起約60%的混合層亞中尺度再層化。

進一步基于國家自然科學基金共享航次計劃重大科學問題航次的觀測研究表明，海洋渦旋海域普遍存在的鋒面亞中尺度過程引起的垂向凈熱通量高達100W/m²，比經典地轉理論和傳統認識的中尺度貢獻大1-2個量級，且影響深度深達150米海洋次表層，對上層海洋具有顯著的加熱效應。

該研究首次明確了大氣非絕熱強迫的關鍵調控作用，對進一步深入認識和理解海洋亞中尺度動力過程及其生態氣候效應、海洋與氣候模式的亞中尺度參數化改進，以及助力“海洋亞中尺度動力學”前沿方向發展等具有重要科學意義。

相關論文信息：https://doi.org/10.1029/2023GL107694

https://doi.org/10.1029/2024GL110190