LTO研究团队揭示近惯性振荡调制海洋漂流浮标产生不同轨迹
撰稿：郑宇航
审定：王卫强
近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室（LTO）杜岩研究员团队揭示了近惯性振荡调制漂流浮标产生不同轨迹的成因，相关研究成果发表在Environmental Research Letters上。博士研究生郑宇航为论文第一作者，杜岩研究员为通讯作者，合作者还包括吴炜博士后、王闵杨助理研究员和张玉红研究员。
近惯性振荡是全球海洋中一种常见的运动，其频率接近惯性频率，产生的近惯性动能占据了上层海洋动能的很大一部分。在理想条件下，近惯性振荡表现为海水粒子的圆周运动，其中科里奥利力充当向心力。然而，在真实的海洋环境中，漂流浮标的近惯性轨迹通常呈现为反气旋螺旋状。有趣的是，不同时间和区域的漂流浮标展现出多种不同的近惯性轨迹。例如，在某些地区如东北太平洋，轨迹有时接近正圆，而在其他情况下，轨迹可能呈现为半圆形或弧形。现有文献中对漂流浮标表现出不同近惯性轨迹的成因仍缺乏深入探索。
以2021年在南海观测到的漂流浮标花朵状运动轨迹为切入点（图1），本文构建了一个拉格朗日粒子轨迹模型，揭示了中尺度涡与近惯性振荡共同作用导致了该花朵状轨迹。此外，粒子轨迹模型揭示了近惯性轨迹的周期和宽度随纬度的变化。近赤道地区近惯性轨迹宽度可超过8公里，中纬度地区(20◦-50◦)可达3-6公里。近惯性速度与背景速度之比，定义为近惯性轨迹形状指数(NITSIs)，可以导致明显的弧型(0.5 < NITSI < 1.0)，重叠的半圆形(NITSI>>1.0)和接近圆形(NITSI > 1.0)的轨迹（图二）。通过对全球漂流浮标数据集进行分析，本文发现，大约三分之一漂流浮标的生命周期均存在明显的近惯性轨迹，近惯性轨迹在大多数中纬度地区显著存在。北太平洋西风带具有最大的NITSI，因此很多时候能观察到接近圆形的轨迹。
本文揭示了近惯性轨迹的普遍存在以及近惯性振荡调制海表漂流浮标产生不同轨迹的原因，突出了海洋表层近惯性振荡的重要性，并表明其对局地海表物质分布（如叶绿素）、轨迹预测和海上救援行动具有重要影响。
本研究由国家自然科学基金、中国科学院项目和南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）等共同资助完成。
相关论文信息：Yuhang Zheng, Wei Wu, MinyangWang, Yuhong Zhang and Yan Du* (2024), Different trajectory patterns of ocean surface drifters modulated by near-inertial oscillations, Environmental Research Letters, 19, 104060.
相关论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/ad7745
图一 南海观测到的浮标花朵状运动轨迹
图二 拉格朗日轨迹模型模拟出的粒子轨迹
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