王芮芮， 孫忠斌

(中國(guó)海洋大學(xué) 1. 海洋與大氣學(xué)院； 2. 物理海洋教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室； 3. 海洋高等研究院， 山東 青島 266100)

亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)具有空間尺度1～50 km、時(shí)間尺度1～10 d的時(shí)空尺度特征[1-2]。其非地轉(zhuǎn)特性表明，亞中尺度過(guò)程是銜接中尺度地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)至更小尺度過(guò)程的重要環(huán)節(jié)[3-4]，在大洋能量串級(jí)中起到重要作用。同時(shí)，亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由于打破了地轉(zhuǎn)平衡，可以產(chǎn)生極強(qiáng)的垂向運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)海洋上層的熱量收支和初級(jí)生產(chǎn)力產(chǎn)生重要的影響[5-6]。因此，對(duì)于海洋亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的研究具有重要意義。

前人針對(duì)亞中尺度運(yùn)動(dòng)的時(shí)空特征開(kāi)展了系列研究，發(fā)現(xiàn)亞中尺度過(guò)程主要活躍于海洋的上混合層。在空間分布上，亞中尺度運(yùn)動(dòng)主要活躍在強(qiáng)渦旋區(qū)和近岸鋒面區(qū)。與此同時(shí)，亞中尺度運(yùn)動(dòng)具有冬季強(qiáng)、夏季弱的季節(jié)變化特征[5-10]。理論研究發(fā)現(xiàn)，混合層不穩(wěn)定和鋒生過(guò)程是上層海洋亞中尺度運(yùn)動(dòng)的兩種主要生成機(jī)制[2-4,11-13]。前者對(duì)應(yīng)著混合層內(nèi)有效位能的釋放，后者與中尺度拉伸誘發(fā)的鋒面增強(qiáng)過(guò)程有關(guān)。然而，目前對(duì)于亞中尺度運(yùn)動(dòng)的季節(jié)變化特征及調(diào)控機(jī)制多是基于數(shù)值模式或集中于局地區(qū)域研究，對(duì)于亞中尺度運(yùn)動(dòng)的全球特征和機(jī)理仍需更多觀測(cè)探究。

準(zhǔn)地轉(zhuǎn)理論可以很好的描述流體在靜力平衡與地轉(zhuǎn)平衡限制下的運(yùn)動(dòng)。地轉(zhuǎn)湍流理論認(rèn)為，在位渦守恒和能量守恒的雙重約束下，地轉(zhuǎn)能量逆向串級(jí)至更大尺度運(yùn)動(dòng)[14-19]。但是當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)限制被打破時(shí)，海洋運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)，能量會(huì)從大尺度正向串級(jí)至小尺度過(guò)程，繼而是趨向混合的各向同性小尺度運(yùn)動(dòng)以及內(nèi)波破碎[19-21]。海洋的失穩(wěn)可由多種不穩(wěn)定過(guò)程引起[22]，包括重力不穩(wěn)定、對(duì)稱不穩(wěn)定[23]、離心不穩(wěn)定、K-H不穩(wěn)定、斜壓不穩(wěn)定過(guò)程等。重力不穩(wěn)定、對(duì)稱不穩(wěn)定[24]、斜壓不穩(wěn)定過(guò)程是控制海洋(尤其是上層海洋)浮力能量轉(zhuǎn)移的重要過(guò)程[25]。在實(shí)際海洋中運(yùn)動(dòng)的失穩(wěn)及其增強(qiáng)的湍流混合可能對(duì)地轉(zhuǎn)能量的串級(jí)產(chǎn)生一定的影響。在準(zhǔn)地轉(zhuǎn)理論下，能量串級(jí)是從小尺度逆向轉(zhuǎn)移到各向異性大尺度過(guò)程[14]，但是關(guān)于能量串級(jí)的特征在考慮非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的情況下是否會(huì)發(fā)生改變尚不清楚。

因此本文主要基于海洋觀測(cè)資料(表層漂流浮標(biāo)資料和高度計(jì)資料)開(kāi)展亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)季節(jié)變化及對(duì)地轉(zhuǎn)能量串級(jí)的影響研究，探究海洋亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的季節(jié)變化特征及其主導(dǎo)調(diào)控機(jī)制，初步討論亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的季節(jié)變化對(duì)地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)非線性能量逆向串級(jí)過(guò)程的影響。

1 數(shù)據(jù)與計(jì)算方法介紹

1.1 數(shù)據(jù)介紹

1.1.1 表層漂流浮標(biāo)數(shù)據(jù) 美國(guó)國(guó)家海洋與大氣管理局浮標(biāo)數(shù)據(jù)匯編中心(簡(jiǎn)稱PhOD)提供了表層漂流浮標(biāo)數(shù)據(jù)(下載網(wǎng)址：https://www.aoml.noaa.gov/phod/gdp/index.php)。

該中心使用衛(wèi)星追蹤的浮標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一的質(zhì)量控制，并插值到6 h間隔的時(shí)間序列上。表層漂流浮標(biāo)數(shù)據(jù)包含海表溫度數(shù)據(jù)和海表流速數(shù)據(jù)。圖1是表層漂流浮標(biāo)數(shù)據(jù)量從1993—2020年間在2(°)×2(°)網(wǎng)格上的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。該數(shù)據(jù)在全球區(qū)域均有覆蓋，其中灣流區(qū)域的觀測(cè)最密集。本文將使用其海表流速數(shù)據(jù)計(jì)算亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

圖1 表層漂流浮標(biāo)在2(°)×2(°)的網(wǎng)格上觀測(cè)點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)分布圖

1.1.2 衛(wèi)星高度計(jì)數(shù)據(jù) 哥白尼海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)服務(wù)網(wǎng)站(CMEMS，網(wǎng)址：http://marine.copernicus.eu/)提供了一系列海洋數(shù)據(jù)集。本文使用的海表面高度數(shù)據(jù)是網(wǎng)格化數(shù)據(jù)(L4級(jí)產(chǎn)品)。網(wǎng)格化的海表面高度數(shù)據(jù)整合了所有的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，空間分辨率為0.25°，時(shí)間分辨率為1天，用于計(jì)算地轉(zhuǎn)動(dòng)能、拉伸率、地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平均波數(shù)和譜空間非線性動(dòng)能通量，同時(shí)也參與計(jì)算海表非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

1.1.3 風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù) 歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心(簡(jiǎn)稱ECMWF)的第五代再分析數(shù)據(jù)(ERA5)提供自1950年至今的小時(shí)平均和月平均的大氣、陸地和海洋的氣候態(tài)變量。本文使用的是海表面10 m處風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的空間分辨率為0.25°，這里只取用每隔6 h的數(shù)據(jù)，每天取(0:0—0:6～0:12—0:18)時(shí)間點(diǎn)的值。

1.1.4 ARGO數(shù)據(jù) Argo實(shí)時(shí)資料提供了覆蓋全球的高分辨率溫鹽(T/S)剖面，深度可達(dá)2 000 m。使用優(yōu)化插值方法或者復(fù)雜的變分分析方法可以獲得Argo網(wǎng)格數(shù)據(jù)。本文使用三維網(wǎng)格數(shù)據(jù)(BOA_argo)主要包含了全球海洋從海面到1 975 m水深范圍內(nèi)的海水溫度和鹽度，以及等溫層、混合層和合成混合層深度等物理海洋環(huán)境要素資料，其水平分辨率為1(°)×1(°)，垂向在0～1 975 m水深范圍內(nèi)分為不等間隔的58層，時(shí)間分辨率為月。國(guó)內(nèi)用戶可以直接訪問(wèn)中國(guó)Argo實(shí)時(shí)資料中心網(wǎng)站(www.argo.org.cn)下載。

1.2 計(jì)算方法介紹

1.2.2 譜空間的能通量的計(jì)算 譜空間的能量通量反映了能量在不同尺度間的傳遞特征，有助于認(rèn)識(shí)海洋能量的非線性傳遞和能量平衡問(wèn)題。為了計(jì)算譜的能通量，需要對(duì)水平方向的流場(chǎng)做傅立葉變換并濾波[26]。水平方向的流場(chǎng)二維傅立葉變換為：

(1)

流場(chǎng)的低通濾波和高通濾波分別為：

(2)

(3)

(4)

這里使用了Scott等[27]的方法計(jì)算，關(guān)于計(jì)算方法可以參考Scott等[27]和相關(guān)的網(wǎng)址：http://mespages.univ-brest.fr/～scott/scripts.html。在進(jìn)行傅立葉變換之前將所選區(qū)域的空間平均和沿x和y軸的線性趨勢(shì)去掉，并加上海明窗(Hamming window)，繼而開(kāi)展目標(biāo)區(qū)域的動(dòng)能譜通量傳遞函數(shù)的計(jì)算。

海洋平均波數(shù)計(jì)算公式[14]為：

(5)

式中：ε為在波數(shù)空間的動(dòng)能譜密度；k為波數(shù)。

1.2.3 地轉(zhuǎn)拉伸 計(jì)算拉伸強(qiáng)度使用的數(shù)據(jù)是衛(wèi)星高度計(jì)(AVISO)提供的地轉(zhuǎn)流動(dòng)異常，計(jì)算公式為：

st=((ux-vy)2+(vx+uy))1/2。

(6)

式中：st代表拉伸；u和v是地轉(zhuǎn)流速異常；下標(biāo)代表關(guān)于坐標(biāo)軸的偏導(dǎo)數(shù)。

2 海洋亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)季節(jié)變化分析

圖2展示了全球海洋亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)能在北半球冬春季(12月—次年5月)和夏秋季(6—11月)的分布。從圖中可以看出，海洋非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)在強(qiáng)流區(qū)和西邊界海區(qū)較強(qiáng)，如灣流區(qū)、黑潮延伸體區(qū)、南極繞極流區(qū)、熱帶海區(qū)等。同時(shí)海洋亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)存在顯著的季節(jié)變化特征。在北半球，灣流區(qū)、黑潮延伸體區(qū)為冬春季亞中尺度非地轉(zhuǎn)動(dòng)能大于夏秋季，而熱帶海區(qū)則為夏秋季大于冬春季。在南半球，南極繞極流海區(qū)和西邊界海區(qū)非地轉(zhuǎn)動(dòng)能同樣在冬春季強(qiáng)于夏秋季。綜上，對(duì)于全球而言，海洋非地轉(zhuǎn)動(dòng)能普遍在冬春季強(qiáng)，夏秋季弱。同時(shí)，對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，海洋亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的高值分布與地轉(zhuǎn)動(dòng)能高值分布相一致，說(shuō)明海洋亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生與強(qiáng)流和中尺度渦的存在息息相關(guān)。然而與亞中尺度非地轉(zhuǎn)動(dòng)能相比較，地轉(zhuǎn)動(dòng)能的季節(jié)變化整體較弱。為了進(jìn)一步探究海洋亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的季節(jié)變化特征，本文選取3個(gè)典型區(qū)域，北半球?yàn)沉鲄^(qū)(a區(qū)，經(jīng)緯度范圍：22°N—52°N，20°W—80°W)、黑潮延伸體區(qū)域(b區(qū)，經(jīng)緯度范圍：24°N—46°N，135°E—160°W)和南半球南極繞極流區(qū)(c區(qū)，經(jīng)緯度范圍：35°S—60°S，緯向跨越了整個(gè)緯度帶)開(kāi)展進(jìn)一步的研究。

(左側(cè)是北半球2003-2018年的冬春季平均結(jié)果，右側(cè)是夏秋季結(jié)果。The left column is the mean result averaged in winter and spring between 2003-2018 in the northern hemisphere and the right column is the result in summer and autumn.)

圖3展示了三個(gè)典型區(qū)域歸一化的氣候態(tài)平均亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能分布。從圖中可以看出，在灣流區(qū)域，亞中尺度非地轉(zhuǎn)動(dòng)能具有顯著的季節(jié)變化，冬春季強(qiáng)，夏秋季弱，最大動(dòng)能發(fā)生在2月，最小動(dòng)能發(fā)生在7月，亞中尺度非地轉(zhuǎn)動(dòng)能的季節(jié)變化振幅達(dá)到了其平均值的46%。與亞中尺度非地轉(zhuǎn)動(dòng)能相比，雖然地轉(zhuǎn)動(dòng)能也存在一定的季節(jié)變化，但是季節(jié)變化較弱，其振幅僅為平均值的18%。在黑潮延伸體區(qū)域，亞中尺度非地轉(zhuǎn)動(dòng)能具有相似的季節(jié)變化特征，最大和最小動(dòng)能發(fā)生在1和7月，其季節(jié)變化振幅達(dá)到平均值的53%。與灣流區(qū)域相比，該處的地轉(zhuǎn)動(dòng)能具有一定的季節(jié)變化特征，地轉(zhuǎn)動(dòng)能夏強(qiáng)冬弱，但其季節(jié)變化與非地轉(zhuǎn)動(dòng)能相比仍較弱。而在南極繞極流海區(qū)，非地轉(zhuǎn)動(dòng)能同樣為冬強(qiáng)夏弱，最大和最小動(dòng)能發(fā)生在8和2月，而該處的地轉(zhuǎn)動(dòng)能則沒(méi)有顯著的季節(jié)變化。圖4進(jìn)一步給出了三個(gè)典型區(qū)域在冬春季和夏秋季平均動(dòng)能的柱狀分布圖。從圖中可以看出，在三個(gè)典型區(qū)域，亞中尺度非地轉(zhuǎn)動(dòng)能均呈現(xiàn)出冬春強(qiáng)，夏秋弱的特征，冬春季的亞中尺度非地轉(zhuǎn)動(dòng)能分別比夏秋季強(qiáng)了15%、20%和15%。同時(shí)，地轉(zhuǎn)平均動(dòng)能變化幅度較弱，表明地轉(zhuǎn)動(dòng)能較弱的季節(jié)變化。

(變量均除以平均值進(jìn)行歸一化處理。 The variables are all normalized by dividing the mean values.)

(藍(lán)色柱代表冬春季平均結(jié)果，紅色柱代表夏秋季平均結(jié)果。The blue bars represent the mean values in winter and spring. Red bars represent the mean values in summer and autumn.)

前人研究發(fā)現(xiàn)，海洋亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)主要發(fā)生在海洋上混合層，混合層不穩(wěn)定和鋒生過(guò)程是其主要的兩種生成機(jī)制，其中前者對(duì)應(yīng)著混合層內(nèi)有效位能的絕熱釋放，而后者主要與中尺度渦流場(chǎng)的拉伸有關(guān)[3,11,28]。為了進(jìn)一步探究以上典型海區(qū)亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)季節(jié)變化的可能機(jī)制，本文進(jìn)一步給出了混合層厚度和拉伸的季節(jié)分布。其中混合層厚度由Argo實(shí)時(shí)觀測(cè)資料整合的三維網(wǎng)格數(shù)據(jù)(BOA_argo)提供。圖5展示了三個(gè)典型區(qū)域混合層厚度和拉伸的季節(jié)變化分布。從圖中可以看出，在灣流區(qū)域和黑潮延伸體區(qū)域，冬季混合層深度較深，夏季混合層較淺，這一季節(jié)變化與非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的季節(jié)變化相一致。而地轉(zhuǎn)拉伸則在春夏季較強(qiáng)，秋冬季較弱，這說(shuō)明灣流區(qū)域和黑潮延伸體區(qū)域的亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的季節(jié)變化主要受到混合層厚度季節(jié)變化的調(diào)控，冬季風(fēng)場(chǎng)增強(qiáng)，海洋失熱，混合層加深，混合層內(nèi)的有效位能增多，混合層不穩(wěn)定增強(qiáng)，更多的有效位能轉(zhuǎn)化為非地轉(zhuǎn)動(dòng)能，從而非地轉(zhuǎn)動(dòng)能在冬季較強(qiáng)。而在南極繞極流區(qū)域，由于南極繞極流的存在，鋒面活動(dòng)較強(qiáng)，地轉(zhuǎn)拉伸也較強(qiáng)。冬春季，該處的拉伸要顯著大于夏秋季，同時(shí)混合層厚度也在冬春季較強(qiáng)，說(shuō)明在南極繞極流海區(qū)，非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的季節(jié)變化受到混合層不穩(wěn)定和鋒生過(guò)程的共同調(diào)控。

圖5 灣流區(qū)(a)、黑潮延伸體區(qū)(b)、南極繞極流區(qū)(c) 氣候態(tài)月平均混合層深度(藍(lán)線)和地轉(zhuǎn)拉伸(紅線)分布

以上結(jié)果表明，海洋亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的存在和地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)息息相關(guān)。亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)多發(fā)生在地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(強(qiáng)流和中尺度渦)較活躍的海區(qū)，而亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的季節(jié)變化又受到混合層不穩(wěn)定和鋒生過(guò)程的調(diào)控，灣流區(qū)和黑潮延伸體區(qū)亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的季節(jié)變化主要受混合層不穩(wěn)定的調(diào)控，而南極繞極流區(qū)亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的季節(jié)變化受到混合層不穩(wěn)定和鋒生過(guò)程的共同調(diào)控作用。

3 譜動(dòng)能通量季節(jié)變化分析

海洋亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是承接海洋地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和小尺度混合耗散的中間過(guò)程，在能量從地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)向混合耗散傳遞的過(guò)程中起到重要作用。參考前人基于高度計(jì)資料開(kāi)展海洋能量串級(jí)的研究[27]，本文給出了三個(gè)關(guān)鍵海域動(dòng)能譜通量的季節(jié)變化特征(見(jiàn)圖6)。動(dòng)能譜通量是表征由于非線性相互作用不同尺度間能量傳遞大小的函數(shù)。從圖中可以看出，基于高度計(jì)資料獲取的動(dòng)能譜通量很好的證明了準(zhǔn)地轉(zhuǎn)理論下地轉(zhuǎn)能量整體往更小波數(shù)轉(zhuǎn)移的特征[27]，而在季節(jié)變化上，這三個(gè)典型海區(qū)均為夏秋強(qiáng)，冬春弱，這一季節(jié)變化特征與海洋亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的季節(jié)變化相反。

(紅線代表夏秋季，藍(lán)線代表冬春季。變量均除以最大值進(jìn)行歸一化處理。The red lines represent summer and autumn and the blue lines denote winter and spring. The variables are all normalized by dividing the maximum values.)

為了進(jìn)一步探究亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)對(duì)地轉(zhuǎn)能量串級(jí)的影響，本文以觀測(cè)資料較多的灣流區(qū)為例開(kāi)展深入研究(見(jiàn)圖7)。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，冬春季，風(fēng)場(chǎng)增強(qiáng)，風(fēng)場(chǎng)攪拌作用增加，同時(shí)海洋失熱，對(duì)流混合增強(qiáng)，混合層加深，絕對(duì)風(fēng)速和混合層深度的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.8(超過(guò)95%置信檢驗(yàn))。同時(shí)，亞中尺度非地轉(zhuǎn)動(dòng)能與混合層深度呈現(xiàn)正相關(guān)，前者滯后后者10天，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.7，兩者均在冬季較強(qiáng)，說(shuō)明由于混合層加深，混合層內(nèi)存儲(chǔ)的有效位能增多，混合層不穩(wěn)定增強(qiáng)，更多的有效位能轉(zhuǎn)化為亞中尺度非地轉(zhuǎn)動(dòng)能，亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)得以發(fā)展。同時(shí)，海洋地轉(zhuǎn)平均波數(shù)與亞中尺度非地轉(zhuǎn)動(dòng)能呈現(xiàn)正相關(guān)，前者滯后后者一個(gè)月，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.6。說(shuō)明當(dāng)亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)發(fā)展后，可能會(huì)使海洋平均波數(shù)增加，地轉(zhuǎn)能量逆向串級(jí)減弱。這一過(guò)程可能通過(guò)以下兩個(gè)原因產(chǎn)生：一方面增強(qiáng)的海洋亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可能通過(guò)對(duì)稱不穩(wěn)定或慣性不穩(wěn)定在高波數(shù)產(chǎn)生能量的正向串級(jí)，為地轉(zhuǎn)能量向更小尺度傳遞提供路徑[4,24,29-32]；另一方面，海洋非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的發(fā)展可能會(huì)破壞渦旋的地轉(zhuǎn)平衡狀態(tài)[33-35]，使地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)，從而減弱渦旋的發(fā)展以及能量的逆向傳遞。以上分析表明，海洋非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的季節(jié)變化可能在地轉(zhuǎn)能量串級(jí)季節(jié)變化中起到一定的作用。與此同時(shí)，除了三個(gè)典型海區(qū)，本文同樣對(duì)南北半球能量串級(jí)的季節(jié)變化進(jìn)行了探討(見(jiàn)圖8)，發(fā)現(xiàn)南北半球具體同樣的變化特征。

圖7 灣流區(qū)絕對(duì)風(fēng)速(a)、混合層深度(藍(lán)線)和 地轉(zhuǎn)拉伸(紅線)(b)、亞中尺度非地轉(zhuǎn)動(dòng)能(藍(lán)線)和 地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平均波數(shù)(紅線)(c)的時(shí)間序列

(左側(cè)和右側(cè)代表北半球和南半球結(jié)果。(a)、(b)圖中紅線代表夏秋季平均，藍(lán)線代表冬春季平均，變量均除以最大值進(jìn)行歸一化處理。The left and right columns denote the mean results in the Northern Hemisphere and Southern Hemisphere, respectively. The red lines inFigures (a) and (b) represent mean result in summer and autumn and the blue lines denote mean result in winter and spring. The variables are all normalized by dividing the maximum values.)

4 總結(jié)與討論

基于表層漂流浮標(biāo)數(shù)據(jù)、高度計(jì)資料等，本文計(jì)算了全球海洋亞中尺度非地轉(zhuǎn)流速，刻畫了亞中尺度非地轉(zhuǎn)動(dòng)能的空間分布和季節(jié)變化特征，發(fā)現(xiàn)海洋亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)主要活躍在地轉(zhuǎn)能量較高的強(qiáng)流和西邊界區(qū)域，如灣流區(qū)、黑潮延伸體區(qū)和南極繞極流區(qū)等。同時(shí)亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)普遍具有冬春強(qiáng)、夏秋弱的季節(jié)變化特征，但不同區(qū)域亞中尺度非地轉(zhuǎn)能量的季節(jié)變化具有不同的調(diào)控機(jī)制。灣流區(qū)和黑潮延伸體區(qū)亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的季節(jié)變化主要受混合層不穩(wěn)定的調(diào)控，而南極繞極流區(qū)亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的季節(jié)變化受到混合層不穩(wěn)定和鋒生過(guò)程的共同調(diào)控。同時(shí)，海洋地轉(zhuǎn)能量的逆向串級(jí)具有夏秋強(qiáng)、冬春弱的季節(jié)變化特征，與亞中尺度非地轉(zhuǎn)動(dòng)能季節(jié)變化相反。以灣流區(qū)為例研究發(fā)現(xiàn)，冬春季，風(fēng)場(chǎng)增強(qiáng)，海洋失熱，對(duì)流混合增強(qiáng)，混合層加深，混合層不穩(wěn)定增強(qiáng)，更多的有效位能轉(zhuǎn)化為亞中尺度非地轉(zhuǎn)動(dòng)能，亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)得以發(fā)展，亞中尺度非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的發(fā)展可能會(huì)通過(guò)破壞渦旋的地轉(zhuǎn)平衡，并促進(jìn)能量正向傳遞，從而影響地轉(zhuǎn)能量的逆向串級(jí)，使海洋平均地轉(zhuǎn)平均波數(shù)增加。