海洋中的“风暴”—中尺度涡
张志伟
思想政治鉴定表中国海洋大学 海洋环境学院
海洋当中有一种生命周期几十天，水平尺度上百公里，垂向影响深度可达几百米的涡旋，这种“天气尺度”的涡旋被称做“中尺度涡”。与大洋环流这种“气候”尺度的海洋现象相比，中尺度涡是一种短暂而强烈的海洋信号。它的“旋转速度”可到数米每秒，比大洋的特征流速高出一个量级；而它的生命周期与“气候”尺度的大洋环流相比显得十分短暂，只有几十天，这也是本文将其称之为海洋中的“风暴”的原因。这种强烈的海洋信号，势必会对海洋的物理、化学以及生物环境造成不可忽视的影响。
首先是中尺度涡对海表温度(SST)的影响，气旋（反气旋）式的中尺度涡对应着低（高）的海面高度(SSH)（图1股市牛人），在地转的作用下使海面海水辐散（辐聚），从而引起了下层（上层）海水的上升（下降）以作为补充，进而使海面呈现出低（高）的SST。故而中尺度涡又有冷涡和暖涡之分，分别对应着气旋涡和反气旋涡。中尺度涡对SST的影响不仅仅是由于它
所引起的上升或下降流所造成的，另外一条途径是中尺度涡对背景怎么删除分隔符SST的搅拌作用。在海洋的锋面处SST的梯度非常大，在中尺度涡强烈的搅拌作用下，会将冷水带到暖水处，同样也会将暖水带到冷水的地方，这样便会产生SST行李箱牌子的“冷丝”和“暖丝”。中尺度涡影响了SST后，会产生一系列的连锁效应，比如说它会改变了海气的热通量，这里不作详谈。
其次是中尺度涡对温、盐、粒子的输运作用，即所谓的涡输运（eddy flux）。对温、盐、流等的平均背景场而言，中尺度涡是对背景场产生一种不规则的脉动，所产生的脉动流速与脉动温度（盐度、粒子密度）的共同作用，产生了所谓的涡的热（盐、粒子）输运。相关研究表明，这种涡的输运作用与背景平流作用相比，不可忽略，而在西边界流及延伸体和南极绕极流海区，涡的输运作用更尤为显著[1,2]。
除了自身的旋转之外，中尺度涡还在不断地“旅游业迁移”。从高度计上可以发现，大洋中的中尺度涡以与长Rossby波速相近的速度向西传播，这可能说明大洋中的中尺度涡正是非线性Rossby波的局地表现形式[3]。在这种意义下，大洋中的能量不断地以中尺度涡的形式向西传播，从而对整个大洋的环流进行调整。此外，实际海洋中的中尺度涡并不是严格线性的，即中尺度涡的流线并不严格闭合（或者说中尺度涡的粒子运动轨迹并不闭合），这会
使得中尺度涡不断地向西携带物质，但这方面的相关研究还十分匮乏。
中尺度涡对海洋化学及生物环境也有着不可忽视的影响。比如说中尺度涡所造成的上升流，将海洋下层的营养盐携带至海洋真光层，从而促进了海洋初级生产力的提高。此外，中尺度涡在锋面处的搅拌，以及中尺度涡对粒子的涡输运作用，也会影响局地的海洋化学及生物环境。最近在Science上的一篇报道指出，在东北太平洋的洋中脊处观测到一个的正压性特别强的中尺度涡，影响深度可达海底，从而帮助了海底热液出口处生物群落的迁移，可见中尺度涡对深海海洋生态有这前所未知的影响[4]。
作为大尺度过程与小尺度过程的衔接，中尺度涡在能量传递过程中起到至关重要的作用。首先，由于斜压不稳定（或其它原因，如正压不稳定），中尺度涡从从背景流中产生，并从背景场中摄取能量不断成长，从而将能量从大尺度向中尺度传递。而中尺度涡的耗散过程，又将能量从中尺度传递到小尺度，进而最终转化成热能耗散。关于中尺度涡的生成、耗散机制与过程，特别是其耗散的机制与过程，目前尚无定论，相关的报道十分匮乏。目前的几篇报道指出，反气旋式的中尺度涡可能是近惯性能量向下传播的“通道”，有利于深层海水的混合，从而促进了能量向小尺度的传递[5]；此外还有报道指出，中尺度涡在经过粤菜蒸菜
海底强地形时可能产生Lee-wave，Lee-wave的破碎造成了海水的混合[6,7]。
目前，中尺度涡已成为物理海洋领域的研究热点，当然由于直接水文观测的匮乏，对很多问题的研究正处于初步阶段；相信随着大洋高质量观测实验的增多，大洋高分辨率模式的不断改进，我们会对中尺度涡这个海洋中的“风暴”有更多的认识。英文游戏名
图1. 全球的海表面高度异常，正值和负值中心分别对应着反气旋式中尺度涡和气旋式中尺
度涡（引自Chelton 2011 PO）
参考文献
[1] Jayne, S. R., and J. Marotzke (2002), The oceanic eddy heat transport, J. Phys. Oceanogr., 32, 3328–3345.
[2] Stammer, D. (1998), On eddy characteristics, eddy transports, and mean flow properties, J. Phys. Oceanogr., 28, 727–739.
[3] Chelton, D.B., et al. (2011), Global obrvations of nonlinear mesoscale eddies. Prog. Oceanogr., doi:10.1016/j.pocean.2011.01.002.
[4] Adams D., et al. (2011), Surface-Generated Mesoscale Eddies Transport Deep-Sea Products from Hydrothermal Vents, Science, 332, 580-583.
[5] Kunze, E. (1985), Near一只毒榴莲‐inertial propagation in geostrophic shear, J. Phys. Oceanogr., 15,544–565.
[6] Polzin, K. L. (2008), Mesoscale Eddy - Internal Wave Coupling. I. Symmetry, Wave Capture and Results from the Mid-Ocean Dynamics Experiment, J. Phys. Oceanogr., 38, 2556-2574.
[7] Polzin, K. L. (2010) , Mesoscale Eddy - Internal Wave Coupling. II. Energetics and Results from PolyMode, J. Phys. Oceanogr., 40, 789-801.
