西北日本海中尺度涡旋的拉格朗日分析与船舶观测普查：形成域、热盐特性及水团输运机制

本研究针对西北日本海亚极锋以北区域中尺度涡旋（AEs/CEs）的形成机制、热盐特性及水团输运等科学问题，通过自动涡旋检测算法、卫星高度计数据及船舶CTD观测，首次系统普查了1993–2022年间长期存活涡旋的时空分布与运动学特征，揭示了涡旋核心低盐水的来源及其对日本海中间层低盐水分布的贡献，为理解边缘海物质能量输运提供了关键证据。

　　

日本海作为半封闭的中纬度边缘海，其独特的亚极锋（Subpolar Front, SF）系统分隔了北部的亚北极水与南部的副热带水，形成了复杂的海洋动力环境。过去研究多聚焦于SF以南的涡旋活动，而对西北日本海（JS）亚极锋以北区域的中尺度涡旋（mesoscale eddies）形成机制、热盐特性及其对水团输运的影响仍缺乏系统认知。该区域涡旋可能通过捕获和混合不同来源的水团，影响海洋物质循环和生态系统，但受限于观测数据匮乏，其三维结构、生命周期及水团组成始终未得到充分解析。

为填补这一空白，来自俄罗斯科学院远东分院V.I. Il’ichev海洋研究所（POI）的研究团队联合韩国首尔国立大学等机构，综合运用卫星高度计、拉格朗日粒子追踪和船舶CTD观测数据，对1993–2022年间西北JS的中尺度反气旋涡（Anticyclonic Eddies, AEs）与气旋涡（Cyclonic Eddies, CEs）开展了系统性普查。研究首次揭示了该区域两类涡旋的5个高频形成域，量化了其运动学参数（如非线性参数、半径、swirl速度等），并通过热盐剖面与拉格朗日水团示踪技术，阐明了涡旋核心低盐水的来源及其跨锋面输运机制。相关成果发表于《Progress in Oceanography》，为边缘海多尺度动力过程研究提供了范式。

关键技术方法包括：1）基于卫星高度计的自动涡旋检测算法（lifespan≥30天）；2）拉格朗日相干结构（Lagrangian Coherent Structures, LCSs）分析涡旋演化路径；3）船舶CTD剖面（CREAMS国际计划1999–2002年数据）解析涡旋垂直结构；4）粒子追踪量化涡旋核心水团的副热带/亚北极来源比例。

研究结果
Detection and tracking of eddies
通过30年卫星数据，研究识别出西北JS存在2个AE高频域（如Wonsan Eddy区）和3个CE高频域，共统计79个AE和116个CE。涡旋半径多集中在50–150 km，swirl速度峰值出现在春夏季节，且AEs的平移速度普遍高于CEs。

Vertical structure and evolution
船舶CTD显示：CEs表现为等值线穹隆式抬升，可延伸至海底，但长距离输运能力弱；AEs核心普遍存在低盐水，其中西部域（SF西北侧）涡旋核心盐度极低，而锋面及以南的AEs则具有双层结构——表层为高盐副热带水，中层存在次生低盐核心。

Statistics and kinematics
地形效应主导了Wonsan Eddy等AE的形成，其涡度变化与海底孤立地形相关；CEs多由SF流场的斜压不稳定性生成。拉格朗日追踪表明，AEs通过捕获低盐水并跨锋面输运，显著促进了日本海中间层低盐水的空间再分布。

结论与意义
该研究首次系统揭示了西北JS中尺度涡旋的时空格局与物理机制，证实了AEs作为低盐水“载体”的关键作用。特别发现西部域AEs核心的极端低盐水特性，暗示其可能源自鄂霍次克海通过鞑靼海峡的输入。通过量化涡旋水团的来源比例，研究为边缘海物质跨锋面输运提供了直接证据，对理解日本海盐度平衡及生态系统变异具有重要意义。此外，建立的涡旋自动检测与拉格朗日追踪方法，可为全球类似边缘海的涡旋研究提供技术参考。