全球变化背景下，北极海冰正在经历快速变化，北极进入“新北极”气候时期。近冰层大气湍流交换是海冰-大气相互作用的主要途径，准确描述湍流交换对正确理解北极海冰和低层大气发生的变化至关重要。目前，涡动相关（EC）技术被认为是测量湍流通量最直接和最准确的方法。然而，在北极地区，大气层结稳定，湍流发展不充分，常常表现出较强的间歇性。因此，使用传统EC方法观测的信号总是受到非平稳运动的污染，给准确描述湍流交换带来挑战。

为了深入认识新气候背景下的北极地区大气-海冰-海洋相互作用过程，国际上于2019-2020年组织了北极气候多学科漂流冰站观测计划 (MOSAiC)。本研究基于MOSAiC期间采集的EC数据，揭示北极海冰表面大气湍流间歇性特征。首先，通过希尔伯特谱分析，发展了一套新的谱隙识别和湍流数据重构算法。该算法能够分离EC信号中的次中尺度运动和湍流运动，基于两者之比，我们定义了湍流间歇性强度。新算法为研究海冰表面湍流间歇性特征提供一种新手段。

图1. 改进的谱隙识别算法流程及个例展示

基于此，本研究进一步分析了湍流间歇性强度与近冰层气象条件和边界层垂直结构的关系。结果表明，近冰层中风速和风速梯度的增强不利于间歇性强度增强，而温度梯度的增强将导致间歇性的增强。因此，强稳定层结下的湍流间歇性最强，近中性层结下的湍流信号最纯净。湍流间歇性与边界层结构关系的分析表明，低空急流越弱和逆温结构越强将导致湍流间歇性越强。结果还表明，相较于重构后的湍流数据，使用传统EC方法（即重构前的原始数据）计算的半小时平均湍流动量通量、感热通量、及潜热通量分别高估了3%、10%、和24%。

研究成果于2023年7月19日在高水平期刊JGR-Atmospheres发表，题目为“Atmospheric Turbulent Intermittency Over the Arctic Sea‐Ice Surface During the MOSAiC Expedition”。我实验室创新团队骨干成员、中山大学大气科学学院刘长炜博士为文章的第一作者，我实验室创新团队核心成员、中山大学大气科学学院韩博副教授为通讯作者，合作者包括实验室主任陈大可院士、创新团队核心成员杨清华教授、中山大学大气科学学院硕士生彭诗杰、兰州大学任燕副研究员、美国科罗拉多大学Matthew D. Shupe教授。

该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、南方海洋实验室创新团队建设科研经费等的支持。

原文链接：http://doi.org/10.1029/2023JD038639