南海北部中尺度涡边缘次中尺度过程的生成机制及能量级联作用研究

Submesoscale processes is a kind of oceanic motions with spatiotemporal scales between mesoscale eddies and small-scale turbulent mixing. They play an important role in both the material transport and energy transfer in the ocean, and are also an important factor in regulating the oceanic primarily productivity and upper-layer heat budget. The northern South China Sea (NSCS) is abundant with mesoscale eddies, along the periphery of which, there are very active submesocale processes. However, due to the lack of in situ observations, generation mechanisms of these submesoscale processes and their role in the multi-scale energy cascade are still not well understood. The present project aims to study the submesoscale processes along the periphery of mesoscale eddies in the NSCS. Based on a huge amount of in situ data and super-high-resolution ocean modeling, the project plans to depict the spatial and temporal characteristics of these submesoscale processes, to reveal their generation mechanisms, and to clarify their role in the multi-scale energy cascade. Through finishing this project, we will enhance people's knowledge of interactions and energy transfer among mesoscale eddies, submesoscale processes, and small-scale turbulent mixing in the NSCS. At the same time, it will also provides scientific reference to improve the parameterization scheme of subgrid processes in the SCS eddy-resolving ocean models.

次中尺度过程是时空尺度介于中尺度涡和小尺度混合之间的一类海洋运动，它们在大洋物质输运和能量传递中均扮演着重要角色，是调节海洋初级生产力和上层热收支的重要因子。南海北部蕴含着丰富的中尺度涡旋活动，而在中尺度涡边缘则伴生着活跃的次中尺度过程。然而由于针对性现场观测的匮乏，目前对这些次中尺度过程生成机制及能量级联作用的认识极为有限。本项目将围绕南海北部中尺度涡边缘的次中尺度过程开展研究，以大规模现场数据分析和超高分辨率数值模拟为手段，旨在刻画南海北部中尺度涡边缘次中尺度过程的时空特征，揭示中尺度涡边缘次中尺度过程的生成机制，明确这些次中尺度过程在多尺度运动能量级联中的作用。通过本项目研究，将加深人们对南海北部中尺度涡—次中尺度过程—小尺度混合间相互作用与能量传递的认识，同时为改进南海目前涡分辨率数值模式的次网格参数化方案提供科学参考。

海洋次中尺度过程是时空尺度介于中尺度涡和小尺度混合之间的一类海洋运动，它们在大洋物质输运和能量传递中扮演重要角色。南海北部蕴含着丰富的中尺度涡旋活动，其边缘则伴生着活跃的次中尺度过程。由于针对性现场观测的匮乏，目前对这些次中尺度过程的生成机制及能量级联作用的认识极为有限。本项目将围绕南海北部中尺度涡边缘的次中尺度过程开展研究，以大规模现场观测和超高分辨率数值模拟为手段，旨在刻画南海北部中尺度涡边缘次中尺度过程的时空特征，揭示中尺度涡边缘次中尺度过程的生成机制，阐明次中尺度过程在多尺度能量级联中的作用。.围绕上述研究目标，本项目基于高分辨率的潜标阵列资料，发现中尺度涡边缘存在丰富的次中尺度过程，表明次中尺度过程的生成与中尺度涡拉伸密切相关。基于超高分辨率数值模式、长达8年的潜标观测资料，并结合船载ADCP等数据，确立了台湾西南和吕宋海峡是南海北部次中尺度过程的两大活跃区，进而阐明了中尺度涡边缘次中尺度过程的时空特征和生成机制，厘清了其能量级联作用。在台湾西南海域，次中尺度过程具有冬强夏弱的季节变化，其能量主要集中在上150米；其生成机制以“混合过渡层”斜压不稳定为主，以锋生机制为辅，中尺度拉伸通过锋生作用为斜压不稳定的发展提供有效位能；尽管次中尺度动能存在正负双向级联，但其总能量仍为正向级联。在吕宋海峡区域，次中尺度过程主要分布在岛屿附近，且无明显季节变化，其影响深度相对更深；黑潮、中尺度涡与岛屿地形的相互作用是该区域次中尺度过程的主要生成机制；受岛屿地形影响，无论动能还是势能均为正向级联。这些成果对加深理解南海多尺度过程能量级联具有重要意义，对改进涡分辨率模式的参数化方案具有重要参考价值。