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| 中國(guó)海洋大學(xué)在海洋亞中尺度過(guò)程組網(wǎng)觀(guān)測(cè)研究方面取得重要進(jìn)展 |
| http://www.netislanduk.com 2024年8月10日 來(lái)源：華禹教育網(wǎng) |
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近日，國(guó)際知名期刊Geophysical ResearchLetters（《地球物理研究快報(bào)》）發(fā)表了中國(guó)海洋大學(xué)深海圈層與地球系統(tǒng)前沿科學(xué)中心、物理海洋教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在海洋亞中尺度過(guò)程組網(wǎng)觀(guān)測(cè)研究方面取得的最新成果，研究首次基于學(xué)校自主研發(fā)建設(shè)的高分辨率潛標(biāo)陣列和新一代干涉高度計(jì)衛(wèi)星SWOT的聯(lián)合觀(guān)測(cè)，揭示了亞中尺度渦旋的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征，證實(shí)了開(kāi)闊大洋亞中尺度渦旋的廣泛存在以及SWOT觀(guān)測(cè)亞中尺度渦旋的潛力。
海洋亞中尺度過(guò)程是空間尺度為1–10公里量級(jí)、時(shí)間尺度為1–10天量級(jí)的一類(lèi)海洋運(yùn)動(dòng)，在大洋能量串級(jí)和垂向物質(zhì)輸運(yùn)中扮演著重要角色，對(duì)大洋環(huán)流和生物地球化學(xué)過(guò)程等具有重要調(diào)控作用，是當(dāng)前海洋科學(xué)的前沿研究領(lǐng)域。由于亞中尺度過(guò)程的時(shí)空尺度較小，對(duì)其開(kāi)展觀(guān)測(cè)極具挑戰(zhàn)，當(dāng)前觀(guān)測(cè)資料的不足嚴(yán)重制約了亞中尺度過(guò)程動(dòng)力學(xué)理論與模式參數(shù)化的發(fā)展。為了在全球范圍觀(guān)測(cè)亞中尺度過(guò)程，美國(guó)宇航局和法國(guó)航天局合作研制和發(fā)射了新一代寬刈幅干涉高度計(jì)衛(wèi)星SWOT（Surface Water and Ocean Topography），并于2024年初發(fā)布了2公里分辨率Level-3的海面高度數(shù)據(jù)。然而，SWOT觀(guān)測(cè)獲得的海面高度數(shù)據(jù)的可靠程度仍不清楚，其“瞬時(shí)”數(shù)據(jù)既包含了平衡態(tài)的亞中尺度過(guò)程，也包含了大量非平衡態(tài)的慣性重力波，后者是SWOT觀(guān)測(cè)亞中尺度過(guò)程的嚴(yán)重“噪音”。因此，目前對(duì)于SWOT觀(guān)測(cè)亞中尺度過(guò)程的潛能亟需通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)進(jìn)行評(píng)估。
為了評(píng)估SWOT的測(cè)量精度及其在觀(guān)測(cè)亞中尺度過(guò)程方面的潛能，中國(guó)海洋大學(xué)作為中國(guó)大陸唯一單位受邀加入SWOT軌道現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)國(guó)際聯(lián)盟，基于學(xué)校自主組織的西太平洋綜合科考航次，成功在副熱帶西太平洋SWOT快速采樣軌道下構(gòu)建了由4套潛標(biāo)組成的亞中尺度潛標(biāo)陣，實(shí)現(xiàn)了在SWOT快速采樣階段（2023年4–6月）與衛(wèi)星同步的高分辨率、連續(xù)組網(wǎng)觀(guān)測(cè)（圖1）。通過(guò)將剔除非平衡運(yùn)動(dòng)“噪音”后的潛標(biāo)數(shù)據(jù)計(jì)算得到的比容高度與SWOT海面高度進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，SWOT在相當(dāng)一部分時(shí)間窗口可以較好地刻畫(huà)平衡運(yùn)動(dòng)，從而驗(yàn)證了利用SWOT數(shù)據(jù)觀(guān)測(cè)平衡態(tài)亞中尺度過(guò)程的可靠性。進(jìn)而，利用潛標(biāo)陣和SWOT同步觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，在副熱帶西北太平洋成功捕獲了多個(gè)亞中尺度渦旋（圖2），揭示了它們的如下運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征：半徑為O(10)公里量級(jí)，海面高度振幅O(1)厘米量級(jí)，羅斯貝數(shù)超過(guò)0.4，影響深度超過(guò)150米（遠(yuǎn)超傳統(tǒng)理論認(rèn)為的混合層），通常與中尺度渦相伴而生，遷移受到等背景流的調(diào)控等。
文章審稿專(zhuān)家評(píng)價(jià)該研究“在國(guó)際上首次利用現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)證實(shí)了SWOT衛(wèi)星的亞中尺度過(guò)程觀(guān)測(cè)能力”，彰顯了中國(guó)海洋大學(xué)在亞中尺度過(guò)程組網(wǎng)觀(guān)測(cè)方面的國(guó)際領(lǐng)先地位，為國(guó)際同行利用SWOT衛(wèi)星數(shù)據(jù)識(shí)別和研究亞中尺度過(guò)程提供了重要的觀(guān)測(cè)依據(jù)。研究成果由學(xué)校國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者張志偉教授擔(dān)任第一作者，國(guó)家“萬(wàn)人計(jì)劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才趙瑋教授為通訊作者，聯(lián)合學(xué)校在讀博士生繆明芳、荊釗教授、陳戈教授、陳朝暉教授、田紀(jì)偉教授等共同合作完成，研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金“西太平洋”重大研究計(jì)劃集成項(xiàng)目、嶗山實(shí)驗(yàn)室科技創(chuàng)新項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金、山東省杰出青年科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
圖1.(a)傳統(tǒng)衛(wèi)星高度計(jì)觀(guān)測(cè)得到的中尺度海面高度異常的均方根（填色）和平均海面高度（白色等值線(xiàn)），灰色陰影和紫色虛線(xiàn)表示SWOT快速采樣軌道；(b)亞中尺度潛標(biāo)陣站位圖；(c)潛標(biāo)配置示意圖；(d)潛標(biāo)溫鹽鏈配置圖。
圖2.(a)SWOT衛(wèi)星觀(guān)測(cè)的亞中尺度渦旋引起的海表面高度異常，綠色等值線(xiàn)為亞中尺度渦旋的邊界，紫色圓點(diǎn)為潛標(biāo)站位；(b)潛標(biāo)陣觀(guān)測(cè)得到的羅斯貝數(shù)（相對(duì)渦度除以行星渦度）隨深度和時(shí)間的變化，灰色矩形內(nèi)的正羅斯貝數(shù)對(duì)應(yīng)于(a)中的亞中尺度氣旋渦；(c,d)SWOT衛(wèi)星和潛標(biāo)陣同步觀(guān)測(cè)的另一個(gè)亞中尺度渦旋。
通訊員：侯霞
潛標(biāo)陣布放現(xiàn)場(chǎng)
文章鏈接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2024GL110000
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