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中国科学院海洋研究所揭示台湾以东涡-流-地形相互作用时的跨尺度能量串级特征
访问数量:950发布时间:2024-04-30

近日,中国科学院海洋研究所尹宝树研究团队在涡-流-地形相互作用过程中的跨尺度能量串级研究方面取得新进展,研究成果发表于Journal of Physical Oceanography。

台湾东北水深变化剧烈,多尺度动力过程复杂;该区域是太平洋西传的中尺度涡旋与西边界流黑潮相互作用最为强烈的区域,涡旋、黑潮和地形的相互作用影响了向东海的物质能量的输送,该区域的研究具有重要的科学意义与应用价值。然而,传统的涡流相互作用研究多基于时间分离,无法准确刻画该海域多尺度运动之间的能量串级及通量。基于团队开发的区域海洋模式,并构建理想中尺度涡旋,在Coarse Graining框架下系统地研究了复杂地形、黑潮与中尺度涡之间非线性相互作用引起的跨尺度动能串级。

研究发现,台湾以东特殊的海底地形与西北向的黑潮入侵流相互作用,在台湾东北诱导出了大尺度运动正向、小尺度运动逆向,都向中尺度进行能量串级的独特特征。机制分析表明,平均流相对于地形梯度的方向决定了Rossby数的大小和能量串级的方向。大尺度环流则通过改变水平剪切和正压不稳定改变能量串级的强度。研究还发现,相对气旋涡而言,非线性动力过程引起的动能串级对反气旋涡引起的净动能通量变化有显著贡献;并且逆向能量串级在台湾以东中尺度运动净动能通量的变化中起着关键作用。该项研究不仅为台湾东北冷涡的形成提供了新的可能解释,对我国近海动力与生态环境变化研究具有重要意义,也为全球平均流通过陆坡、海脊、开阔大洋时的能量串级研究提供了重要范例。


 控制试验(Ctrl)、气旋涡(CE)与反气旋涡(AE)试验中,台湾以东不同区域跨尺度能量串级示意图。其中,箭头颜色代表了能量串级方向,箭头宽度代表了能量串级强度。


该论文由第一作者中国科学院海洋研究所的助理研究员许灵静、通讯作者杨德周研究员、尹宝树研究员等共同完成。研究得到了崂山实验室项目、国家自然科学基金、中国科学院战略先导科技专项等资助。


论文信息:Xu, L., Yang, D., He, Z., Feng, X., Gao, G., Cui, X., & Yin, B. (2024). Kinetic energy cascade induced by the interaction of mean flow, topography, and mesoscale eddies east of Taiwan: a scale-to-scale analysis. Journal of Physical Oceanography, 54(2): 617-639.


论文链接:
https://doi.org/10.1175/JPO-D-23-0077.1


本文来源:中国科学院海洋研究所

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