导读

亚中尺度过程是空间尺度O(0.1–10)公里的一类海洋运动，在大洋能量串级和垂向物质输运中扮演至关重要的角色，是当前海洋科学的前沿研究方向。南海是西北太平洋最大的边缘海，蕴含着丰富的海洋多尺度动力过程，其中也包含了复杂活跃的亚中尺度过程。近十年来，得益于观测技术和模式分辨率的提高，国内外学者对南海亚中尺度过程开展了大量研究，取得了一系列成果。本文系统回顾了近十年来在南海亚中尺度过程动力学方面所取得的进展，并展望了亚中尺度过程未来值得探究的科学问题，希望为从事海洋亚中尺度过程研究的学者提供有价值的参考。

相关结果近日发表在Science合作期刊Ocean-Land-Atmosphere Research上。

研究结果

海洋亚中尺度过程是空间尺度O(0.1–10)公里的一类海洋运动，其时间尺度通常为O(0.1–10)天，具有罗斯贝数和伯格数为O(1)的动力学特征。由于具有很强的非线性和垂向运动，它在大洋能量串级和垂向输运中扮演至关重要的角色，对大尺度海洋环流、海气相互作用和生物地球化学循环等具有重要的调控作用。作为西北太平洋最大的边缘海，南海孕育着大尺度环流、中尺度涡、亚中尺度过程、小尺度内波混合等丰富的海洋多尺度动力过程。相比于南海的大、中、小尺度过程，由于受到观测和模式分辨率不足等因素的制约，人们对南海亚中尺度过程的认识相对有限，这制约了对南海区域海洋学的整体认知。

近十年来，随着观测技术和超级计算机的迅速发展，海洋观测和数值模式逐渐具备部分分辨亚中尺度过程的能力。随之，学者对南海亚中尺度过程动力学开展了一系列研究，取得了丰富的成果。其中主要的研究进展包括：（1）在南海开展了多次亚中尺度现场观测实验，构建了亚中尺度嵌套式潜标阵列，建立多个分辨率公里量级的南海区域海洋模式；（2）发现南海亚中尺度过程的特征具有显著的区域依赖性，其时空变化受到背景流场和复杂地形的双重调控；（3）提出了“混合过渡层斜压不稳定”这一新的生成机制，强调了锋生过程对不稳定发展所需有效位能的增强作用；（4）建立了同时考虑锋生和斜压不稳定的新的亚中尺度垂向输运的参数化方案，其效果优于基于“混合层不稳定”的传统参数化方案。

图1. 南海亚中尺度过程及其生成机制示意图

总结与展望

在回顾南海亚中尺度动力学研究进展的同时，本文还展望了亚中尺度动力学未来值得研究的科学问题。这些问题包括但不限于：发展基于海面高度的内波与亚中尺度过程的分离方法，以实现SWOT卫星数据在亚中尺度过程研究中的有效利用；深入探究亚中尺度过程的垂向和水平输运过程及其机制，量化它们在海洋大尺度物质收支中的作用；探究亚中尺度过程的能量串级路径与机理，发展亚中尺度能量串级的参数化方案；对深海亚中尺度过程开展针对性的观测与模拟，探究深海亚中尺度过程的特征与机制、物质输运与能量串级作用等。

原文链接：https://spj.science.org/doi/10.34133/olar.0045

文章标题：Submesoscale Dynamic Processes in the South China Sea

文章作者：Zhiwei Zhang.

文章摘要：

The South China Sea (SCS) is the largest marginal sea in the northwestern Pacific, and it is known for its complex multiscale dynamic processes, including basin-scale circulations, mesoscale eddies, submesoscale processes (submesoscales), and small-scale internal gravity waves. Compared with dynamic processes of other scales, submesoscales are a relatively new dynamic concept; they have gained rapidly increasing attention in recent decades due to their uniquely important roles in oceanic dynamics and biogeochemistry. Considerable progress on submesoscales has been achieved by the SCS regional oceanography community due to improvements in observation and simulation capabilities in the past decade. This paper comprehensively reviews recent research advances on the dynamic aspects of submesoscales in the SCS, including submesoscale resolving/permitting observations and simulations; the general characteristics, spatiotemporal variations, and generation mechanisms of submesoscales; and the roles of submesoscales in energy cascade and vertical tracer transport and the associated parameterizations. The most important advances are as follows: (a) Novel submesoscale observations have been made in the SCS, such as through submesoscale and mesoscale nested mooring arrays. (b) Findings have shown that the spatiotemporal characteristics and generation mechanisms of submesoscales in the SCS are regionally dependent. (c) A generation mechanism called mixed transitional layer instability (MTI) was proposed, and its strength is significantly modulated by strain-induced frontogenesis. (d) A new parameterization of submesoscale vertical buoyancy flux was developed based on the mechanism of MTI modulated by frontogenesis. In addition to reviewing recent advances in this field, this paper presents research prospects on SCS submesoscales.

文章引用：

Zhiwei Zhang. Submesoscale Dynamic Processes in the South China Sea. Ocean-Land-Atmos Res. 2024;3:0045.DOI:10.34133/olar.0045

第一作者&通讯作者：

张志伟，国家优秀青年科学基金获得者，山东省“泰山学者”青年专家，现任中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室教授、博士生导师，兼任山东省青年创新人才协会常务理事，入选全国“青马”工程首期科技人才专项。主要从事海洋中尺度与亚中尺度动力学研究，主持国家重点研发计划、国家自然科学基金等国家级项目/课题4项，以第一或通讯作者在Nature Communications、Geophysical Research Letters、Journal of Physical Oceanography等国际权威SCI期刊发表论文24篇，论文共被引用1700余次，获“中国海洋与湖沼十大科技进展”等奖励。

OLAR 期刊简介

Ocean-Land-Atmosphere Research (OLAR) 由南方海洋实验室和美国科学促进会合作出版，入选2022年度中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目、2024年度广东省高起点英文期刊创办项目，海洋负排放国际大科学计划（Ocean Negative Carbon Emissions, ONCE）学术出版合作平台，已被Scopus, Directory of Open Access Journals (DOAJ) 等15个数据库收录。本刊以海洋相关学科为重点，刊稿主题包括但不限于：海陆气相互作用、海洋碳中和、物理海洋学、海洋生物与生态、海洋地质与地球物理、化学海洋学、海洋气象学、大气物理与大气环境、冰冻圈科学、河口海岸学、海洋工程与海洋技术、海洋资源开发与利用。分享卓见，探索前沿，OLAR 诚邀您一起荟萃科学发现，共享学术盛筵！

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