揭示臺灣以東渦流地形相互作用的能量特征

近日，中國科學院海洋研究所研究員尹寶樹團隊在渦-流-地形相互作用過程中的跨尺度能量串級研究方面取得新進展，研究成果發表于《物理海洋學雜志》。

臺灣東北水深變化劇烈，多尺度動力過程復雜，該區域是太平洋西傳的中尺度渦旋與西邊界流黑潮相互作用最為強烈的區域，渦旋、黑潮和地形的相互作用影響了向東海的物質能量的輸送，該區域的研究具有重要的科學意義與應用價值。

控制試驗、氣旋渦與反氣旋渦試驗中，臺灣以東不同區域跨尺度能量串級示意圖。  海洋研究所供圖

然而，傳統的渦流相互作用研究多基于時間分離，無法準確刻畫該海域多尺度運動之間的能量串級及通量。

尹寶樹團隊基于已開發的區域海洋模式，構建理想中尺度渦旋，在粗粒化物理模型框架下系統地研究了復雜地形、黑潮與中尺度渦之間非線性相互作用引起的跨尺度動能串級。

研究發現，臺灣以東特殊的海底地形與西北向的黑潮入侵流相互作用，在臺灣東北誘導出了大尺度運動正向、小尺度運動逆向，都向中尺度進行能量串級的獨特特征。

機制分析表明，平均流相對于地形梯度的方向，決定了羅斯貝數的大小和能量串級的方向。大尺度環流則通過改變水平剪切和正壓不穩定改變能量串級的強度。

研究還發現，相對氣旋渦而言，非線性動力過程引起的動能串級對反氣旋渦引起的凈動能通量變化有顯著貢獻；并且，逆向能量串級在臺灣以東中尺度運動凈動能通量的變化中起著關鍵作用。

據悉，該項研究不僅為臺灣東北冷渦的形成提供了新的可能解釋，對我國近海動力與生態環境變化研究具有重要意義，也為全球平均流通過陸坡、海脊、開闊大洋時的能量串級研究提供了重要范例。

該研究得到了嶗山實驗室項目、國家自然科學基金、中國科學院戰略先導科技專項等資助。

論文相關信息：https://doi.org/10.1175/JPO-D-23-0077.1