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为探究中尺度涡与内潮相互作用及对海洋能量谱的影响，研究人员以强涡厄加勒斯环（AR）为对象，利用高分辨率模拟和 Argo 观测，发现其通过能量向高波数转移并 trapping，增强内潮耗散，为气候模型参数化提供新视角。
在浩瀚的海洋中，存在着从数千公里的环流到厘米级湍流运动的多尺度动力过程。内潮作为斜压混合机械能的主要来源，在气候系统中扮演关键角色，其耗散位置的变化会改变海洋环流的气候状态。而中尺度涡贡献了上层海洋超 90% 的动能，与内潮虽时空尺度不同，却在海洋能量谱中占据显著位置。然而，二者相互作用的本质及对海洋能量谱重塑的影响尚不完全明确，尤其是涡旋如何影响内潮及其耗散，受限于高时空分辨率观测数据的缺乏和连贯理论框架的缺失，仍是未解之谜。这一问题的解决对气候建模和预测的发展至关重要，因此开展相关研究迫在眉睫。
为解答上述问题，研究人员开展了关于厄加勒斯环对内部潮汐耗散影响的研究。厄加勒斯环是世界海洋中最强的涡旋之一，从厄加勒斯洋流脱落，向北穿越整个大西洋盆地，在其向北的轨迹中与来自沃尔维斯海岭的内潮波束相交。研究得出，厄加勒斯环可作为内潮能量的汇，促进内潮能量从稳定的低波数向不稳定的高波数转移并捕获高波数能量，从而增强其耗散，该研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》。
研究用到的主要关键技术方法包括：利用麻省理工学院通用环流模型（MITgcm）进行数值模拟，设置水平分辨率 3.5 至 5.4 公里，垂直分辨率从上层 10 米到底部 200 米，共 80 层，能有效解析内潮前 10 个垂直模态，开展 “AR 实验”“noAR 实验”“AR-only 实验”；运用 Argo 浮标高分辨率温度、 salinity、pressure 观测数据，通过基于应变的精细尺度参数化方法计算能量耗散率，并结合 SSALTO/DUACS 涡数据集判断 Argo 剖面是否位于涡内。
内潮能量被厄加勒斯环重新分配
内潮在沃尔维斯海岭生成，以高能波束形式向东南和西北传播，西南段发出的强波束可传播超千公里。厄加勒斯环形成后向西北移动，与东南辐射的内潮波束相交，其直径可达 400 公里，是半日潮波长的 2-3 倍。在 AR 实验中，内潮能量通量波束在厄加勒斯环周围折射成两支，背风侧能量显著减少。对比 AR 和 noAR 实验，AR 实验内潮能量衰减更快，推测厄加勒斯环加速了海盆内的内潮能量耗散。
厄加勒斯环内的内潮耗散增强
水平方向，AR 实验内潮耗散分布更广泛，noAR 实验耗散多集中在地形特征附近，AR 实验中厄加勒斯环内耗散显著增加，深度积分耗散峰值达 3×10-4 W/m2，比 noAR 实验高两个数量级。垂直方向，在穿过厄加勒斯环的 34.5°S 和 37.5°S 两个断面，AR 实验中内潮耗散率在环内尤其是上层水柱显著增强，可达 10-9 W/kg，比 noAR 实验高一个数量级，甚至可与源区地形内潮耗散相当。分析内潮速度场结构发现，AR 实验上层水柱存在大量高波数内潮结构，而 noAR 实验则是更连续平滑的内潮波束，表明厄加勒斯环的强切变和水平梯度促使低模内潮转换为高波数结构，高波数内潮被捕获在强斜压涡中导致耗散增加。
Argo 浮标观测到耗散增强
通过 Argo 剖面估计的耗散率为增强耗散提供了观测证据。识别出半径大于 60 公里、寿命超过 3 个月的厄加勒斯环，将 Argo 剖面分为环内和环外，用精细尺度参数化方法计算耗散率。在厄加勒斯环与内潮重叠区域，环内耗散率明显高于环外，垂直平均耗散率峰值达 3×10-9 W/kg，增强的耗散率通常是非涡区的 2-5 倍。在强内潮和弱内潮区域，环内耗散率均高于环外，且相同大小的环在强内潮区耗散率更高。模型结果显示，AR 实验中厄加勒斯环内的内潮耗散明显高于 noAR 实验，且上层水柱超过 AR-only 实验的涡致耗散，模拟的耗散垂直衰减模式与 Argo 估计相似，观测支持了模拟结论。
研究结论表明，厄加勒斯环是内潮的重要能量汇，在其上层水柱增强内潮耗散，通过促进低模内潮向高波数、高切变结构的能量转移并捕获，导致耗散加剧。超过 20000 份来自 506 个浮标的 Argo 剖面耗散率证实了模拟结果，显示环与内潮波束重叠区域上层水柱耗散增强。现有全球海洋和气候模型中未考虑涡旋修正的内潮耗散，可能在环流、水团转换和全球气候尺度模式的可变性和长期趋势中引入偏差。未来研究可结合卫星观测数据识别内潮与涡旋相互作用的潜在热点，并利用涡旋内增强的内潮耗散垂直结构预测这些热点的垂直混合剖面，以更准确地表示内波驱动的混合，提高模拟海洋和气候过程的可靠性。该研究为理解海洋多尺度动力过程相互作用及改进气候模型提供了重要依据。
