摘要

占據(jù)海洋動能90%的中尺度渦廣泛分布于各個大洋，對于大洋環(huán)流系統(tǒng)與海洋生態(tài)系統(tǒng)有重要作用。中尺度渦及其亞中尺度精細(xì)結(jié)構(gòu)能夠?qū)е聨资酌刻斓妮^強(qiáng)垂向運動，可以將海洋次表層的營養(yǎng)鹽帶入真光層促進(jìn)海洋浮游植物的生長。這使得高分辨率的衛(wèi)星遙感的葉綠素分布中，能夠看到中尺度渦及其精細(xì)結(jié)構(gòu)所對應(yīng)的空間構(gòu)型，這是在全球范圍對中尺度渦精細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀測一個重要手段。首先，針對螺旋葉綠素帶這一種典型的亞中尺度精細(xì)結(jié)構(gòu)，綜合利用高度計與水色衛(wèi)星數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)其是渦旋上的Vortex Rossbv波，驗證了使用葉綠素分布進(jìn)行動力分析的可能性。之后使用EfficientNet深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，對中尺度渦上葉綠素分布進(jìn)行自動分類，識別出了6類典型的空間分布構(gòu)型，并發(fā)現(xiàn)這些構(gòu)型在中尺度渦的演化過程中能夠相互轉(zhuǎn)化，并具有對全球海洋初級生產(chǎn)力產(chǎn)生重要貢獻(xiàn)的潛力。

一、中尺度渦的研究意義

海洋中，90%的動能是以中尺度渦的形式存在的，是海洋中的基建，它在海洋中無處不在。中尺度渦可以輸運二氧化碳的化學(xué)物質(zhì)，還會輸送動量和位渦，對能量串級也起著一定的作用。

二、中尺度渦的精細(xì)結(jié)構(gòu)

中尺度渦中存在螺旋條帶，從外側(cè)指向渦旋中心(如圖1&4)。該現(xiàn)象不僅僅存在于海洋渦旋中，還存在于星系、大氣中，見圖2&3。

不過，精細(xì)結(jié)構(gòu)不僅僅是上面螺旋這一種，還有以下這五種：單核(Core)、環(huán)狀(Ring)、流套狀(Loop)、蝌蚪狀(Tail)、眼狀(Eye)。這些結(jié)構(gòu)主要集中于延伸體、西邊界流、Augulus以及南極繞極流(ACC)。這六種結(jié)構(gòu)會互相轉(zhuǎn)化，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，有以上這六種結(jié)構(gòu)的渦旋還是少數(shù)的(20%左右)。

三、造成該結(jié)構(gòu)的可能機(jī)制

通過與大氣的渦旋機(jī)制對比，發(fā)現(xiàn)渦旋羅斯貝波(Vortex Rossby Wave)的波動過程是導(dǎo)致這一現(xiàn)象的主要機(jī)制，如圖5&6。

四、一些問題/啟發(fā)

• 中尺度渦主要以攪拌(stirring),即水平平流為主，而亞中尺度是以垂向主導(dǎo)的。

• 中尺度渦的研究還不成熟，killing就是一個難點，所以才要研究亞中尺度，也就是說亞中尺度過程是給中尺度渦服務(wù)的

• 中尺度渦的能量串級也存在挑戰(zhàn)

• 葉綠素既可能集中在輻聚區(qū)，也可能集中在輔散區(qū)。但是統(tǒng)計平均發(fā)現(xiàn)，以輔散為主

• 渦旋越多，葉綠素越高，但是還與大尺度背景流場的分布影響有關(guān)

• Chelton et al.（2011）(圖7）探測方法是歐拉，定常態(tài)，所以不會探測出半永久性的渦

參考文獻(xiàn)：

1. Chelton, D. B., Schlax, M. G., & Samelson, R. M. (2011). Global observations of nonlinear mesoscale eddies. Progress in Oceanography, 91(2), 167–216. https://doi.org/10.1016/j.pocean.2011.01.002

2. Zhang, Z., & Qiu, B. (2020). Surface Chlorophyll Enhancement in Mesoscale Eddies by Submesoscale Spiral Bands.?Geophysical Research Letters, 47.