科研一線 近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國家重點實驗室（LTO）蔡樹群研究團隊在全球中尺度渦與近慣性內波之間的能量傳遞研究方面取得新進展。相關研究成果于2023年8月19日發(fā)表在Geophysical Research Letters上，碩士研究生劉耿濱為論文第一作者，研究員陳植武和蔡樹群為共同通訊作者，合作者還包括廈門大學劉志宇教授等人。

中尺度渦包含了海洋中大部分的動能。了解并量化中尺度渦的能量傳遞路徑是平衡海洋能量收支以及完善海洋預報模式的關鍵一環(huán)。由于受到地轉約束，中尺度渦的能量將逆向串級至大尺度運動，而關于中尺度渦與小尺度耗散運動間的能量傳遞路徑到目前為止還沒有十分清晰的認識與結論。近年來，近慣性內波被認為是除次中尺度運動外的又一溝通中尺度渦與小尺度運動的重要橋梁，能夠有效地促進中尺度渦能量的正向傳遞。

目前，中尺度渦與近慣性內波間的能量傳遞過程主要是基于模式數(shù)據來進行研究的，缺乏實測數(shù)據的驗證，故該項工作利用美國NOAA所發(fā)布的全球漂流浮標數(shù)據來進行研究。前人低分辨率的模式結果表明，中尺度渦與近慣性內波之間的能量傳遞效率較低，可以忽略不計。本研究利用地轉流為準定常運動的特點，合理地假設地轉流場在一小時內（所用漂流浮標數(shù)據的采樣時間間隔）不會顯著變化。繼而，利用漂流浮標前后兩個時刻的地轉流速計算得到具有較高空間分辨率（約1km）的地轉流空間梯度，并進而計算中尺度渦與近慣性內波之間的能量傳遞效率。結果表明，全球中尺度渦與近慣性內波之間存在著顯著的雙向能量傳遞，但整體上以正向能量傳遞為主(即中尺度渦向近慣性內波傳遞能量，圖1)。在全球- 的范圍內，中尺度渦傳遞給近慣性內波的能量總量約為0.025 TW，與全球的近慣性風能輸入 (0.2 TW) 相比，能量傳遞效率約為13%。這表明中尺度渦與近慣性內波間的能量傳遞在海洋中具有不可忽視的地位。與理想數(shù)值模式的對比結果表明，該漂流浮標數(shù)據的處理方法仍然低估了中尺度渦與近慣性內波間實際的能量傳遞效率。

圖1. (a) 中尺度渦與近慣性內波間能量傳遞率 () 的氣候態(tài)平均結果，右側為緯向平均的結果。(b) 近慣性風能輸入 () 的全球氣候態(tài)平均結果。(c)和(d)分別是由5天和3天低通濾波計算得到的能量傳遞率。(e)近慣性動能和(f)相對渦度在歸一化渦旋半徑中的合成曲線。(g)能量傳遞率的大小(| |)隨Okubo-Weiss parameter (OWP)的變化趨勢。

該工作利用全球漂流浮標數(shù)據首次從觀測角度對中尺度渦與近慣性內波間的能量傳遞過程進行研究，并揭示其在海洋能量傳遞過程中的重要地位，將為未來該方向的研究提供一個重要參考。

該研究由國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學基金重點項目、西太重大研究計劃重點項目、面上項目、青年項目、廣州市科技計劃項目、LTO自主項目等共同資助完成。

相關論文信息：

Liu G, Chen Z*, Lu H, Liu Z, Zhang Q, He Q, He Y, Xu J, Gong Y, Cai S*, Energy transfer between mesoscale eddies and near-inertial waves from surface drifter observations. Geophysical Research Letters, 2023, 50, e2023GL104729.

文章鏈接：https://doi.org/10.1029/2023GL104729

通訊員/付恬 王沐眾 徐曉璐

編輯/劉秀