中尺度涡

这种涡旋能以1～15厘米/秒的速度移动。是20世纪70年代以来相继在世界大洋中发现的。由于这种涡旋空间尺度和时间尺度都小于大洋平均流场的空间分布和时间变化尺度，因此海洋学家命名为中尺度涡旋。作为大尺度过程与小尺度过程的衔接，中尺度涡旋在能量级串中占有至关重要的位置：受到大气强迫，或由于海洋自身正压或斜压不稳定，中尺度涡从背景流中产生，并从背景场中摄取能量不断成长，从而将能量从大尺度向中尺度传递；而中尺度涡旋的耗散过程，又将能量从中尺度传递到次中尺度或小尺度过程。中尺度涡的发现是人类对大洋环流认识的一个突破性进展，它们使得大洋环流更加复杂、多变，改变了人们对海流的传统看法。

中尺度涡旋按照旋转方向分为气旋式涡旋（在北半球为逆时针方向旋转，南半球相反）和反气旋式涡旋（在北半球为顺时针方向旋转，南半球相反）两类：气旋（反气旋）式涡旋对应着低（高）的海表面高度，在地转的作用下使海面海水辐散（辐聚），通常对应着海面的低（高）的海表温度。按涡旋的起源或生存方式可区分为流环和大洋中尺度涡。

起源于大洋西边界的西向强化流。在大西洋的湾流和在太平洋的黑潮中，经常会出现海流弯曲（或蛇行）现象。当海流弯曲到很大程度时，气旋涡旋（冷涡）和反气旋涡旋（暖涡）便脱离母体，形成了直径100～300千米的流环。距环的中心30～40千米处，有流线近似于圆形的快速水流绕轴线运动。其表层旋转的线速率可高达90～150厘米/秒，此速率随深度而降低，但在深400～500米处仍然大于50厘米/秒。通常，涡旋将随海水大约以5千米/天的速度向西南方向移动，持续时间可达2～3年之久，最后被母体海流反射或吸收。涡旋与环绕它的流系在一起，通常可向下延伸到2千米深处，有时可达5千米，因而不出现在大陆架海区上。这类涡旋的特点是有明显的水团特性可供识别，且可大体上测定其生存周期。

起源于大洋西边界西向强化流无关的中尺度涡。这种中尺度涡在主跃层中有时可向上跳动几百米，存在的周期从几周到几个月，对大洋中的海流有重要的影响。从20世纪70年代以来，已引起物理海洋学家的高度重视，是物理海洋领域的研究热点。必须在较长时间里直接观测海流的流速，才能清晰地发现大洋中尺度涡。1958年在西经14°和北纬41°处，从邻近船只首次观测到斯瓦洛中性浮标显示的涡旋运动，后又陆续在其他海域证实了这种涡旋的存在。20世纪90年代，受益于卫星遥感技术的发展，人们发现中尺度涡旋在世界海洋中几乎无处不在，它具有2～30厘米的振幅，5～50厘米/秒的旋转速率，向下可延伸到整个水柱。

大洋中尺度涡的特点与流环不同，不具备明显的水团特性，是中大洋四周等密度面的气旋式或反气旋式的起伏波动，就像大气中的天气式涡旋那样。它们具有强大动能，常大于大尺度海流的平均动能，如在北太平洋和大西洋西边界强流区，中尺度涡的动能约为东边界流的10倍。据估计，中尺度涡的动能，占据了整个海洋里大、中海流动能的90%以上。中尺度涡通过在等密度面上形成闭合的等位涡线可携带水体一起运动，据估计中尺度涡在全球范围造成的西向水体输运量可以达到30×106～40×106立方米/秒，这一输运在量级上与大尺度的风生以及热盐环流是可比拟的。

中尺度涡的发现，不仅对海流动力学，且对海洋热力学、海洋化学、海洋声学和海洋生物学等的发展，都有影响。预先了解涡旋动力学，对于有效地模拟动量、能量、热量、盐量、地球化学物质、营养盐及其他溶质之间的大尺度相互交换，并提供长期天气预报等，都是很重要的。