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青果期刊 | 海洋所：海洋上层亚中尺度不稳定研究进展

青研之家

2025-06-20

导读：中科院海洋所冯岭博士、刘传玉研究员等近期发表“海洋上层亚中尺度不稳定研究进展”系列文章。

论文概要：亚中尺度运动，水平尺度约为 1–10 公里，广泛分布于上层海洋，是大尺度平衡动力过程与小尺度非平衡湍流之间的重要中介。这类运动的形态复杂，既包括准地转动力学主导的亚中尺度斜压不稳定和涡旋，也包括由非地转机制驱动的锋生、对称不稳定等现象，准确理解亚中尺度动力过程及其影响，是当前物理海洋学研究的重要前沿方向。本研究提出了海洋上层斜压不稳定主要由Charney型不稳定主导的观点，并给出了不稳定特征垂向尺度的定义方法。基于季节气候态WOA23（World Ocean Atlas 2023）数据集，采用线性稳定性分析方法，系统分析了上层海洋Charney型亚中尺度斜压不稳定（C-SBCI）的扰动生长率、水平尺度与垂向结构特征，指出C-SBCI 具有典型的表层强化、随深度衰减的振幅分布特征，但衰减范围不仅仅局限于混合层之内；进一步通过准地转位涡梯度的垂向分布特征，提出了一种定义和量化了 C-SBCI 的特征垂向尺度（Charney depth）的方法。通过将 Charney depth与混合层深度（MLD）进行比较，发现全球约 20% 的 C-SBCI 能够穿透混合层并影响更深层的海洋内部。这一发现突破了传统的混合层斜压不稳定（MLI）主要以Eady型为主导、并局限于混合层之内的认知，为深入理解亚中尺度能量输运和物质通量提供了新的科学依据。

（a）和（c）Charney型亚中尺度斜压不稳定垂向尺度的全球分布特征，（b）和（d）Charney depth和混合层深度）（MLD）的对比，颜色表示发生率

基于Charney depth、有效位能以及局地科氏参数估算全球海洋C-SBCI成长率及特征水平尺度

核心PI

刘传玉	中国科学院海洋研究所

简介：

刘传玉，中国科学院海洋研究所研究员，博士生导师。2009年毕业于中国科学院海洋研究所获博士学位，随后进入德国汉堡大学海洋研究所担任博士后助理，2015年回到中科院海洋所任研究员。主要研究方向为海洋中小尺度动力学、海洋混合、海洋数值模拟及海洋数据同化，当前，开展部分人工智能海洋学应用研究。2015年12月入选中科院引进海外高层次人才计划青年项目，2016年11月入选国家引进海外高层次人才计划青年项目，2017年9月入选崂山实验室（原青岛海洋科学与技术试点国家实验室）“鳌山人才”优秀青年学者；2024年5月作为副总设计师承担中国科学院战略先导性科技专项（A类）任务；2024年8月获国家自然科学基金委重点项目资助。

研究及招生方向：

1、中小尺度动力学

2、海洋混合理论

3、海洋数值模拟

4、海洋数据同化

5、人工智能海洋学应用

主要科研项目：

1、国家自然科学基金委重点项目：内部强化型海洋中尺度涡形成与变异机制及其对太平洋热带辐合带（ITCZ）上层海洋温度的影响（主持，2025年1月-2029年12月，经费：230万）；

2、中国科学院战略先导性科技专项（A类）项目：关键海洋过程预报技术研究（主持， 2023年10月-2026年9月，经费：700万）；

3、国家重点研发计划“热带西太平洋海-气界面过程精细化协同观测与数据融合”项目课题：多尺度数值模拟和资料同化融合（参与， 2022年12月-2027年11月，经费：57万）；

4、崂山实验室“十四五重大项目”（“海洋中小尺度动力过程对气候变化的响应和反馈”）课题“气候变化背景下海洋内波和赤道中小尺度波动变异机理及其对湍流混合的影响”（主持， 2022年10月-2025年9月，325.50）；

5、中国科学院国家重大科技基础设施维改项目：基于“科学”号的海洋动力环境自主观测系统研制（参与； 2021年11月-2025年12月，经费：857万）；

文章信息：

上述研究成果发表于国际期刊《Journal of Geophysical Research: Oceans》。中国科学院海洋研究所博士后冯岭为该论文第一作者，刘传玉研究员为文章通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金（42406017，42430403）、国家重点研发计划（2022YFF0801404）、中国博士后科学基金（2022M713178）及国家留学基金委的资助。

论文信息：

Feng, L., Liu, C.*, McWilliams, J. C., & Wang, F. (2025). Global distribution and seasonal variations of Charney‐type submesoscale baroclinic instabilities (C‐SBCIs). Journal of Geophysical Research: Oceans.

https://doi.org/10.1029/2024JC022103

Feng, L., Liu, C.*, McWilliams, J. C., & Wang, F. (2025). Scaling estimation for growth rate and horizontal wavelength of Charney‐type submesoscale baroclinic instabilities (C‐SBCIs). Journal of Geophysical Research: Oceans.

https://doi.org/10.1029/2024JC022104

点击文末“阅读原文”可查看成果发布源。

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