非定常风场强迫调制涡旋锋面不对称性的新机制获揭示
非定常风场强迫调制涡旋锋面不对称性的新机制获揭示
在国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目资助下， 中国科学院南海海洋研究所研究员经志友团队研究揭示了非定常风场强迫对涡旋亚中尺度锋面不对称性的调制作用与机制。近日，相关成果发表于《物理海洋学杂志》（ Journal of Physical Oceanography ）。
定常风与非定常风强迫的涡旋锋面演变过程。研究团队供图，下同
中尺度涡旋海域的海洋锋面是激发亚中尺度过程、调节海洋物质与热量输运及能量串级的关键区域。已有研究表明，大尺度定常风场强迫可导致中尺度涡旋锋面产生不对称性，即在地转涡旋的顺风侧锋面增强，而在另一侧锋面减弱。然而，自然界中的真实风场往往随时间振荡。关于风场以不同频率振荡时，涡旋锋面及亚中尺度过程的非定常响应过程与机制等关键科学问题，目前尚缺乏深入系统的动力学理解。
风应力增强与风应力松弛引起的涡旋锋面响应示意图。
为此，研究团队通过高分辨率数值模拟并结合动力诊断分析发现，当风场振荡周期与反气旋中尺度涡的旋转周期一致时，风场强迫对涡旋锋面强度及其不对称性的调制作用最为显著。进一步的拉格朗日粒子追踪结果表明，水体质点在随涡旋旋转的一个周期内，会在顺风侧经历增强的正埃克曼浮力通量（EBF），而在另一侧经历受抑制的负EBF，并在旋转一周后累积净的正EBF，从而增强涡旋两侧锋面强度的不对称性。
该研究同时发现，在风应力松弛阶段，局地涡度加速度和非线性平流能够显著增强亚中尺度锋生过程及涡旋锋面的不对称性。这种风场强迫与涡旋旋转周期同频的“类共振”机制，可能是增强海洋涡旋海域锋面不对称性的一类重要物理过程。
相关论文信息：https://doi.org/10.1175/JPO-D-25-0203.1