全球涡旋经向偏转的遥感研究: 物理机制与海洋学应用

《中国科学：地球科学》2024年第3期发表了中国海洋大学陈戈教授团队的研究成果，该研究团队从遥感观测视角揭示了全球海洋涡旋的经向运动特征，发现涡旋的经向偏转规律不同于传统认为的由其极性主导（即遵循气旋涡向极地偏转、反气旋涡向赤道偏转），而是在涡旋地转性等动力因素的调制下呈现高度的空间依赖性。

研究人员通过近30年卫星高度计识别和追踪的涡旋轨迹数据集，分别计算了气旋涡和反气旋涡在运动过程中的经向偏转角，并合成得到不同极性涡旋经向偏转角的全球分布图，清晰地揭示出涡旋经向偏转的规律实际上是空间依赖的：在东太平洋区域，存在显著的“舌状”向赤道偏转区，而在赤道区域以及黑潮、墨西哥湾等强西边界流区域均存在洋盆尺度的涡旋极地偏转。即使区分涡旋的纬向传播方向（即东西向）与涡旋极性，其经向偏转的地理分布规律仍是高度相似和鲁棒的。也就是说，经典理论认为的反气旋涡和气旋涡在β效应下分别有向赤道和向极地的偏转规律，从真实遥感观测上看实际上被过渡简化了。

研究人员进一步分析了调制涡旋经向偏转的物理机制，发现地转调整效应对调制涡旋经向偏转起着关键作用。例如，对于水平尺度小于Rossby变形半径尺度的涡旋, 无论极性如何, 均呈现出向极地的偏转趋势。这一现象可以理解为尺度较小、形态不稳定的非地转涡旋在不平衡的状态下受到了地转效应调制，要得以“生存”便需要向能够达到地转平衡状态的纬带（即向高纬）移动。 此外，影响涡旋经向偏转的主要机制也与其运动方向相关, 西向运动的涡旋（特别是长距离传播的涡旋）将一定程度上受到海表温度热衰减的影响, 而东向运动涡旋则主要受到背景流场的拖曳作用，倾向于沿着流轴方向运动。

中尺度涡遍布海洋，且具有洋盆尺度的物质裹挟和传播能力, 对物质能量的输运和分配、生物地球化学过程以及海气相互作用均有重要意义。该研究指出，当开展涡旋运动学及动力学的相关研究时，若能全面考虑主导机制下的涡旋经向偏转特征，将在一定程度上避免结论的误导性，并对实现涡旋轨迹高精度预测, 以及海洋环境监测和保护具有重要意义。

研究详情请见原文：

陈戈, 陈笑炎. 2024. 全球涡旋经向偏转的遥感研究: 物理机制与海洋学应用. 中国科学: 地球科学, 54(3): 830–844, doi: 10.1360/N072023-0024