河海大学学者在涡旋亚中尺度过程现场观测研究方面取得持续进展！

近日，河海大学海洋学者在海洋涡旋亚中尺度过程引起的侧向混合和垂向交换研究方面取得新进展，相关成果发表在海洋领域专业期刊Journal of Geophysical Research: Oceans上。

海洋亚中尺度过程广泛存在于全球大洋，常与海洋涡旋和锋面相伴发生。该过程具有显著的非地转特性，可有效激发强烈的垂向运动，对于调控上层海洋的热量、碳循环、营养盐、生态等过程具有重要作用。然而，受限于其小时-天的短生命周期和1–10 公里的空间尺度，亚中尺度过程的现场观测充满挑战。长期以来，针对亚中尺度的系统观测计划主要由欧美国家主导，如 S-MODE、CALYPSO 等国际联合观测计划。

近年来，依托基金委共享航次计划、南海季风综合观测航次，研究团队联合河海大学、中科院南海海洋研究所、南方海洋科学与工程广东省实验室等单位的优势力量，围绕海洋涡旋亚中尺度过程的动力学机制和生态气候效应等关键科学问题，开展了以亚中尺度为目标的现场观测试验，团队先后实施了拖曳观测、湍流观测、滑翔机组网观测、漂流浮标阵列观测等具有特色的观测工作。经过多年的探索和积累，在南海涡旋亚中尺度过程的精细化观测方面不断取得突破（图1），并形成了一系列具有国际影响力的研究成果。

图1. 近年来围绕涡旋亚中尺度过程的现场观测试验

基于多次观测试验，获得了涡旋区域超高分辨率的多源观测数据，并结合高分辨率数值模拟（图2），取得了新的科学认识：

1. 系统揭示了涡旋区域亚中尺度过程的动力学特征及其形成机制（图3），显著深化了对亚中尺度非地转动力特性的理解；

2. 定量评估了中尺度涡旋内部由亚中尺度过程引起的侧向混合强度（上层150米超过100 m2 s-1），引起了涡旋内外的物质交换；

3. 揭示了涡旋内次表层沿等密面垂向输送的机制及贡献（>70%），对维持气旋涡内次表层叶绿素极大值具有关键作用；

4. 定量刻画了亚中尺度过程引起的净向上的强垂向热输送，平均达到100 W m-2，对于局地的海洋热力平衡具有重要影响。

图2.数值模式中的涡旋特征和拉格朗日粒子追踪实验

上述成果系统阐明了涡旋亚中尺度过程引起的涡旋“泄露”及其在垂向物质热量输送中的关键作用，推动了亚中尺度研究由定性描述向定量刻画的深化发展，对理解海洋生态系统演变、碳循环过程及生物地球化学耦合等具有重要科学意义。

未来，研究团队将继续聚焦涡旋亚中尺度过程中的动力学机制、非地转效应、垂向输送及能量串级等核心科学问题，进一步阐明亚中尺度过程在海洋物质能量循环中的贡献。

图3.涡旋亚中尺度的动力机制和引起的物质输送示意图

曹海锦，河海大学海洋学院副教授，物理海洋系主任，主要从事海洋中小尺度动力过程及其生态气候效应的研究，近年来多次参加基金委涡旋重大科学问题航次，开展了以“亚中尺度过程”为研究目标的现场观测。近年来，在GRL、JPO、JGR-Oceans等国际权威期刊发表学术论文30余篇，入选“江苏省青年科技人才托举工程”，获海洋工程科学技术奖二等奖（排名第1），获JGR-OCEANS 2022-2023年高被引作者，担任国际海洋与极地工程协会技术委员会委员，担任世界海洋观测大会2029（Obs29）青年委员会委员。

已发表的相关研究成果：

Cao,H., Fox-Kemper, B., Song, X., Yuan, Y., & Jing, Z. (2026). Submesoscale stirring drives lateral dispersion and vertical exchange in a cyclonic mesoscale eddy. Journal of Geophysical Research: Oceans, 131, e2025JC023066.

Cao,H., Jing, Z., & Fox-Kemper, B. (2024). Scale-dependent vertical heat transport inferred from quasi-synoptic submesoscale-resolving observations. Geophysical Research Letters. 51, e2024GL110190.

Cao,H., Freilich, M., Song, X., Jing, Z., Fox-Kemper, B., Qiu, B., Hetland, R., Chai, F., Ruiz, S., &Chen, D. (2024). Isopycnal submesoscale stirring crucially sustaining subsurface chlorophyll maximum in ocean cyclonic eddies. Geophysical Research Letters, 51, e2023GL105793.

Song, X.,Cao,H., Qiu, B., Wang, W., & Yu, W. (2023). Subsurface imbalance stimulated in a mesoscale eddy. Part I: Observations. Deep-Sea Research I, 104001.

Cao,H., Song, X., Liao, G., Ning, C., & Yu, W. (2022). Microstructure observations of three-layered mixing on the shelf of the northwestern South China Sea. Deep-Sea Research II, 105166.

• 信息来源：河海大学。

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