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| 中國海洋大學在海洋亞中尺度過程組網(wǎng)觀測研究方面取得重要進展 |
| http://www.netislanduk.com 2024年8月10日 來源：華禹教育網(wǎng) |
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近日，國際知名期刊Geophysical ResearchLetters（《地球物理研究快報》）發(fā)表了中國海洋大學深海圈層與地球系統(tǒng)前沿科學中心、物理海洋教育部重點實驗室在海洋亞中尺度過程組網(wǎng)觀測研究方面取得的最新成果，研究首次基于學校自主研發(fā)建設(shè)的高分辨率潛標陣列和新一代干涉高度計衛(wèi)星SWOT的聯(lián)合觀測，揭示了亞中尺度渦旋的運動學和動力學特征，證實了開闊大洋亞中尺度渦旋的廣泛存在以及SWOT觀測亞中尺度渦旋的潛力。
海洋亞中尺度過程是空間尺度為1–10公里量級、時間尺度為1–10天量級的一類海洋運動，在大洋能量串級和垂向物質(zhì)輸運中扮演著重要角色，對大洋環(huán)流和生物地球化學過程等具有重要調(diào)控作用，是當前海洋科學的前沿研究領(lǐng)域。由于亞中尺度過程的時空尺度較小，對其開展觀測極具挑戰(zhàn)，當前觀測資料的不足嚴重制約了亞中尺度過程動力學理論與模式參數(shù)化的發(fā)展。為了在全球范圍觀測亞中尺度過程，美國宇航局和法國航天局合作研制和發(fā)射了新一代寬刈幅干涉高度計衛(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觀測獲得的海面高度數(shù)據(jù)的可靠程度仍不清楚，其“瞬時”數(shù)據(jù)既包含了平衡態(tài)的亞中尺度過程，也包含了大量非平衡態(tài)的慣性重力波，后者是SWOT觀測亞中尺度過程的嚴重“噪音”。因此，目前對于SWOT觀測亞中尺度過程的潛能亟需通過現(xiàn)場觀測進行評估。
為了評估SWOT的測量精度及其在觀測亞中尺度過程方面的潛能，中國海洋大學作為中國大陸唯一單位受邀加入SWOT軌道現(xiàn)場觀測國際聯(lián)盟，基于學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套潛標組成的亞中尺度潛標陣，實現(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)觀測（圖1）。通過將剔除非平衡運動“噪音”后的潛標數(shù)據(jù)計算得到的比容高度與SWOT海面高度進行對比發(fā)現(xiàn)，SWOT在相當一部分時間窗口可以較好地刻畫平衡運動，從而驗證了利用SWOT數(shù)據(jù)觀測平衡態(tài)亞中尺度過程的可靠性。進而，利用潛標陣和SWOT同步觀測數(shù)據(jù)，在副熱帶西北太平洋成功捕獲了多個亞中尺度渦旋（圖2），揭示了它們的如下運動學和動力學特征：半徑為O(10)公里量級，海面高度振幅O(1)厘米量級，羅斯貝數(shù)超過0.4，影響深度超過150米（遠超傳統(tǒng)理論認為的混合層），通常與中尺度渦相伴而生，遷移受到等背景流的調(diào)控等。
文章審稿專家評價該研究“在國際上首次利用現(xiàn)場觀測證實了SWOT衛(wèi)星的亞中尺度過程觀測能力”，彰顯了中國海洋大學在亞中尺度過程組網(wǎng)觀測方面的國際領(lǐng)先地位，為國際同行利用SWOT衛(wèi)星數(shù)據(jù)識別和研究亞中尺度過程提供了重要的觀測依據(jù)。研究成果由學校國家自然科學基金優(yōu)秀青年科學基金獲得者張志偉教授擔任第一作者，國家“萬人計劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才趙瑋教授為通訊作者，聯(lián)合學校在讀博士生繆明芳、荊釗教授、陳戈教授、陳朝暉教授、田紀偉教授等共同合作完成，研究得到國家自然科學基金“西太平洋”重大研究計劃集成項目、嶗山實驗室科技創(chuàng)新項目、國家自然科學基金優(yōu)秀青年科學基金、山東省杰出青年科學基金等項目的資助。
圖1.(a)傳統(tǒng)衛(wèi)星高度計觀測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），灰色陰影和紫色虛線表示SWOT快速采樣軌道；(b)亞中尺度潛標陣站位圖；(c)潛標配置示意圖；(d)潛標溫鹽鏈配置圖。
圖2.(a)SWOT衛(wèi)星觀測的亞中尺度渦旋引起的海表面高度異常，綠色等值線為亞中尺度渦旋的邊界，紫色圓點為潛標站位；(b)潛標陣觀測得到的羅斯貝數(shù)（相對渦度除以行星渦度）隨深度和時間的變化，灰色矩形內(nèi)的正羅斯貝數(shù)對應(yīng)于(a)中的亞中尺度氣旋渦；(c,d)SWOT衛(wèi)星和潛標陣同步觀測的另一個亞中尺度渦旋。
通訊員：侯霞
潛標陣布放現(xiàn)場
文章鏈接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2024GL110000
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