海洋环流与波动重点实验室知识库

中尺度涡旋是海洋中普遍存在的运动现象，是海洋动能的主要载体，在海洋物质和能量分配中扮演重要角色。中尺度涡旋也是中尺度海温变率的主要来源，并引发中尺度海气相互作用，对大尺度海洋环流和区域气候具有重要的塑造作用。以往的研究提出了中尺度涡旋引起海表面温度异常（SSTA）的多个过程，但究竟哪个过程最为重要仍无定论。

首先，利用卫星观测数据，在北太平洋黑潮延伸体（KET）、副热带逆流（STCC）和北赤道逆流（NECC）三大涡旋活跃区域合成了涡旋引起海表面温度异常（SSTA），发现：KET海区气旋（反气旋）涡SSTA为−0.55 K（0.50 K），STCC海区气旋（反气旋）涡SSTA为−0.23 K（0.21 K）。NECC海区气旋（反气旋）涡SSTA为−0.05 K（0.04 K）。KET和NECC海区涡旋SSTA呈现出位于涡旋内部单一SSTA符号的单极子结构，STCC海区涡旋则呈现出涡旋中心两侧相反SSTA符号的偶极子结构。通过分析区域和季节的差异，发现涡旋平流过程与涡旋SSTA的强度具有很高的统计相关性。

接着，构建了简化的涡旋平流模型，成功模拟了观测中SSTA的时空特征，从而证实了涡旋侧向平流是产生SSTA的关键过程。利用简化模型分离了平流项的四个子过程：搅拌、旋转、输送和平移，并摸清了它们对涡旋SSTA结构的影响。并进一步通过敏感性实验研究了三个海区控制涡旋SSTA振幅和结构的关键因素，探明NECC海区的SSTA单极子结构由涡旋快速向西移动（平移）和较强的东向背景流（输送）共同造就，KET区域的单极子结构主要由东向背景流（输送）造成；STCC区域的输送和平移过程都较弱，因此其涡旋SSTA更加接近偶极子结构。

最后，研究了KET区域中尺度涡旋引起次表层温盐异常的机理。Argo资料的合成分析表明，中尺度涡旋可以在直径范围之内分别产生气旋（反气旋）−0.23 ℃（0.07 ℃）和−0.04 psu（0.01 psu）的温盐异常。KET区域的脱落涡旋与非脱落涡旋通过不同的机制引起盐度异常。脱落涡旋的数量较少，但产生的盐度异常较大（气旋−0.10 psu；反气旋0.06 psu），它们能够将水体裹挟和携带到KET急流的另一侧，从而引起跨盐度锋面（急流）的水体交换和混合；KET急流附近的非脱落涡旋数量众多，但产生的盐度异常较弱（气旋−0.04 psu，反气旋0.01 psu），它们与急流密切耦合，能够通过挤压KET急流（盐度锋面），改变其形态和位置，产生局地盐度异常。非脱落涡旋无法引起跨锋面的盐度输送和NPIW性质的直接改变。

本文揭示了涡旋引起北太平洋SSTA和KET区域次表层等密度面上温盐异常的规律和机制，完善了涡旋引起表层和次表层温盐异常机理的科学认识，为气候系统模式对中尺度过程的模拟提供了参考。