近日，我中心科研人员与集美大学、国家海洋信息中心等单位合作，在国际期刊《Physics of Fluids》发表了题为《The influence of topography on mesoscale eddy mass transport》的研究论文，系统揭示了海底地形对中尺度涡质量输运能力的调控机制，为全球海洋物质输运和气候变化研究提供了新的理论依据。

中尺度涡是世界海洋中普遍存在的旋转结构，其能量占海洋上层动能的90%，不仅在全球海洋能量多尺度串级过程中扮演着关键角色还是海洋物质输运的重要载体。中尺度涡的纬向输运能力与风生环流同量级。然而，海底地形对中尺度涡质量输运的影响机制和具体程度尚未可知。本研究通过高分辨率数值模式，研究了地形对中尺度涡质量输运的调控机制，并定量分析了地形对涡致质量输运率的影响。

本研究利用MITgcm数值模型，通过被动示踪剂模拟了不同地形条件下中尺度涡的演化过程。结果表明，中尺度涡的质量输运能力取决于其非线性强度（图1）。中尺度涡在长时间演变和传播过程中，能够通过自发生成近惯性波（NIWs）减弱旋转速度从而减弱其非线性强度（图2）。中尺度涡与海底地形的相互作用会触发多种减弱涡旋非线性强度的动力过程，包括涡旋半径的调整、背风波的生成以及亚中尺度结构的形成。非线性强度的减弱能够导致被中尺度涡捕获的流体从中逃逸，从而降低其质量输运能力。

研究发现，当地形高度在500-1000米范围内时，反气旋和气旋中尺度涡的平均相对质量输运率与地形高度呈线性关系（图3）。然而，当地形高度超过1100米时，会引发斜压不稳定，导致大量流体以亚中尺度丝状结构的形式逃逸，质量输运机制发生显著变化。此外，研究还发现中尺度涡的极性对其质量输运能力具有重要影响，气旋涡在与地形相互作用时质量泄漏更多。

该研究揭示了海底地形对中尺度涡质量输运能力的定量影响，为全球海洋物质输运的精确估算提供了重要参考。研究成果对理解海洋能量串级、物质输运及气候变化具有重要意义。 

图1 中尺度涡的质量输运能力、非线性强度和半径随时间变化情况

图2 中尺度涡自发生成近惯性内波强度随时间的变化情况

图3 中尺度涡质量输运率与地形高度的线性拟合关系

论文第一作者为我中心赵波博士，我中心刘志亮研究员和集美大学畅航博士为共同通讯作者，合作者还包含我中心张永亮、石佳、闵文佳博士、马悦博士、陈晓副研究员以及国家海洋信息中心王炜东博士。研究得到了国家自然科学基金（42406032）、河北省自然科学基金（D2024407005、F2023407003）以及福建省自然科学基金（2021105172）等项目的资助。

论文信息：

Zhao, B., Zhang, Y., Shi, J., Min, W., Ma, Y., Liu, Z., Chang, H., Wang, W., & Chen, X. (2025). The influence of topography on mesoscale eddy mass transport. Physics of Fluids, 37, 066614. https://doi.org/10.1063/5.0271459