近日，我中心科研人员与中国科学院海洋研究所及马里兰大学合作，在海洋中尺度涡生成近惯性内波的研究方面取得新进展，研究成果《Spontaneous Near-Inertial Wave Generation from Mesoscale Eddy: Nonlinear Forcing Mechanism》发表于Physics of Fluids。

海洋中尺度涡蕴含了大约90%的海洋动能，是海洋中巨大的能量“存储器”。中尺度涡能够以海洋内波为“桥梁”，向海洋内部跨等密度面混合提供能量来驱动子午翻转环流，将低纬度高温、高盐水向北输运到高纬度地区，并通过大气释放热量，进而影响全球气候变化。由海洋内波破碎引起的海洋内部混合为海洋下层低温、高盐水体提供势能，进而驱动全球子午翻转环流。然而，能够有效作用在深海的能量源——潮汐与风应力生成的近惯性内波——不能提供足够的能量，需要找到新的能够到达深海的能量源。

该研究结合理论分析及高分辨率数值模拟，发现了一种中尺度涡通过非线性强迫自发生成近惯性内波的物理机制。该机制不仅是中尺度涡能量正向串级的有效途径，也是近惯性内波的一种新的生成机制。研究结果表明，中尺度涡在其演变过程中必然伴随有非平衡的近惯性振荡，而中尺度涡与近惯性振荡的非线性耦合强迫生成了近惯性内波。近惯性内波生成后向涡旋中心传播并随涡旋一起传播。近惯性内波与非线性强迫项之间的共振作用导致自发生成的近惯性内波具有与中尺度涡相同的水平波数。根据该特征，自发生成近惯性内波可以从现场观测到的多种机制生成的近惯性内波中分离出来。自发生成近惯性内波的强度与Rossby数呈指数相关。反气旋中尺度涡自发生成的近惯性内波强度明显强于由气旋式中尺度涡生成的波动强度。

近惯性内波生成机制示意图

中尺度涡自发生成近惯性内波过程中波数谱空间中的能量分布

自发生成近惯性内波强度与Rossby数的关系

论文第一作者为我中心赵波博士，通讯作者为中科院海洋所徐振华研究员和我中心刘志亮研究员，合作者包括中科院海洋所尹宝树研究员、马里兰大学郑全安教授。文章信息：Bo Zhao, Zhiliang Liu*, Zhenhua Xu*, Baoshu Yin and Quanan Zheng. (2023). Spontaneous Near-Inertial Wave Generation from Mesoscale Eddy: Nonlinear Forcing Mechanism.https://doi.org/10.1063/5.0156176，DOI: 10.1063/5.0156176.