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深海环流研究最新进展

深海环流理论；,湍流混合,深海亚中尺度过程,湍致上涌,涡致上涌

近代深海环流理论研究源于上世纪60年代的Stommel扇形实验，该实验在点源、内区均匀上升、无垂向混合假定下，发现深层边界存在强西边界流、内区存在极向流动。随着深海环流观测的实施，人们发现在西边界处Stommel理论与观测吻合甚好，但在内区存在较大差距，内区海流大都沿纬向而非极向，造成这一差距原因是湍流混合。大洋环流、中尺度涡和正压潮等大中尺度过程与深海复杂地形相互作用，分别生成亚中尺度过程和内潮波，通过能量正向串级驱动湍流混合，调控深海环流的时空结构。国际上开展的一系列混合观测实验发现，洋中脊等复杂地形处存在着强内波混合，其混合率高于背景大洋两个量级，并触发活跃的湍致上涌，这表明占大洋面积极小的海脊，在全球大洋垂向输运中扮演极为重要的角色。

亚中尺度过程是连接海洋中含能最高的中尺度过程与小尺度内波混合过程的关键纽带，在能量串级和物质垂向输运中占有极其重要的地位。通过平坦地形与粗糙地形的数值对比实验，发现深海亚中尺度过程的生成敏感地依赖于海底突变地形的空间结构。高分辨率深海断面观测发现，深海环流与海底陆坡发生相互作用，能够生成活跃的亚中尺度过程，进而通过触发亚中尺度不稳定，激发出强烈的湍流混合。基于深海亚中尺度潜标阵，发现亚中尺度过程存在较强的垂向运动，这表明深海存在亚中尺度“涡致上涌”新路径，进而提出“湍致上涌”和“涡致上涌”交互接力式上涌新假说。