《Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers》：An abnormal Taylor cap observed on the west side of the Beipo seamount in the South China Sea
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异常泰勒帽偏离比波 Seamount 20 公里 west 侧，通过高分辨率区域海洋模型成功复现并揭示其动力机制，分析表明地形背景流和涡度收支（advection-friction balance）控制其西偏与垂直结构，且两者共同导致区域高表层叶绿素浓度。
罗正普|杨德洲|郭武红|徐玲静|李旭轩|刘西全|戴胜|尹宝树|徐奎东
中国科学院海洋研究所海洋观测与预报重点实验室及海洋环流与波浪实验室，中国青岛
摘要
在南海北坡海山（BPS）周围观察到一个异常的泰勒帽（ATC）现象。与以往观察到的泰勒帽不同，该泰勒帽位于BPS的西侧，而不是山顶，并且偏移了大约20公里。我们使用高分辨率区域海洋模型对该现象进行了复现和研究。数值实验表明，泰勒帽的西侧偏移和垂直结构受到背景流的影响。涡度预算分析进一步表明，泰勒帽的维持依赖于平流和摩擦力之间的平衡。此外，BPS和泰勒帽都对该区域观测到的高次表层叶绿素浓度有所贡献。
引言
南海（图1a）是西北太平洋最大的半封闭边缘海（Wang等人，2023年），一直是海洋学研究的热点区域。南海深海盆地的海底分布着许多大小、高度和形状各异的海山。海山与周围海洋流的相互作用常常引发独特的物理过程，从而改变局部海洋环境（Lavelle和Mohn，2010年）。
理解这种相互作用的一个关键理论框架是泰勒帽现象，这一现象起源于Proudman（1916年）和Taylor（1917年）的经典流体动力学研究。该理论认为，在旋转的、分层的流体中，像海山这样的孤立地形特征可以在其上方形成一个几乎静止或缓慢旋转的水团，称为泰勒柱或泰勒帽。实际上，非地转过程（如非线性平流、摩擦效应和时间依赖的流动）可能会破坏这种理想化的结构。尽管如此，海山上仍可能形成一个被困的流体区域，但其空间范围和形态取决于特定的动态条件。为了避免几何假设，研究人员后来采用了更通用的术语“泰勒帽”而非“柱”（Sch?r和Davies，1988年）。在理想化的准地转条件下，典型的泰勒帽几乎对称地形成在海山顶部（Chapman和Haidvogel，1992年）。
当海洋流遇到海山时，可能会触发特殊的物理过程，如上升流和泰勒帽现象，这些过程促进了海洋生物和悬浮颗粒的重新分布，从而产生重要的生态效应（Dai等人，2020年，2022年；Dower等人，1992年；Dower和Mackas，1996年；Genin和Boehlert，1985年；Guo等人，2020年；Hogg，1973年；Wang等人，2024年）。此外，海山通过产生背风波和地形尾流涡旋来增强垂直混合，对海洋搅动过程有显著贡献（Mashayek等人，2024年；Wynne-Cattanach等人，2024年）。因此，海山动力学已成为物理海洋学领域的一个关键子领域。然而，由于观测数据有限，海山的整体动力学特性仍不清楚，需要进行实地观测。
北坡海山（BPS，; ）位于南海北部大陆坡（图1a中的黑色三角形），山顶水深约为350米。在BPS的西侧观察到了一个泰勒帽（图1b中的黑色箭头和灰色阴影）。先前的研究主要发现泰勒帽位于海山顶部（Bashmachnikov等人，2013年；Guo等人，2020年；Lavelle，2012年；Liu等人，2023年）。然而，本研究中观察到的泰勒帽中心向西偏移了20公里，表明这是一个异常的泰勒帽（ATC）。与典型的对称、位于山顶的泰勒帽结构不同，ATC表现出明显的西侧偏移和倾斜的垂直结构。我们通过高分辨率数值模型成功复现了这种西侧偏移的泰勒帽，结果与观测结果一致。进一步的数值实验揭示了BPS对局部环流的重要影响，涡度预算分析阐明了ATC背后的动态机制。本文的其余部分安排如下：第2节描述数据和方法，第3节展示动态解释，第4节进行讨论，第5节总结结果。
观测
观测
2024年10月16日至20日期间，在BPS周围的5个站点使用TRDI 38k声学多普勒海洋流速剖面仪（ADCP）和Sea-Bird制造的SBE 911 plus电导率-温度-深度（CTD）传感器进行了观测。船载ADCP的航行轨迹和CTD站点分布如图1b所示。CTD采样时间显示在图2a的阴影区域。我们处理并选取了与CTD站点匹配的ADCP站点。在本研究中，我们使用了ADCP的纬向数据。
结果
图1b中的黑色箭头显示了由ADCP测量的、与CTD站点对应的约200米深度处的流速矢量。在BPS的西侧可见一个反气旋环流模式，其中心向西偏移了大约20公里，而不是位于山顶。纬向剖面上的经向速度零线位于BPS的西侧（图2b）。这些结果表明观察到的泰勒帽具有不寻常的西侧偏移结构。
讨论
海山常常会产生泰勒帽，这是一种反气旋结构（Chapman和Haidvogel，1992年；Genin和Boehlert，1985年；Guo等人，2020年；Hogg，1973年；Lavelle和Mohn，2010年）。模拟结果表明，这种泰勒帽现象持续存在（Guo等人，2020年；Liu等人，2023年）。尽管一些理想化实验表明泰勒帽可能仍然位于山顶上方，但沿流入方向略有向右偏移。
总结
与以往位于山顶上的泰勒帽不同，在南海北坡海山（BPS）观察到了一个异常的泰勒帽（ATC）。ATC中心距离BPS山顶约20公里。我们根据观测地形建立了一个高分辨率的ROMS模型，成功复现了与观测结果一致的ATC现象。数值实验揭示了BPS在塑造局部环流结构中的重要作用。ATC的西侧偏移和垂直结构...
作者贡献声明
罗正普：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，方法论，调查，正式分析，数据管理，概念化。杨德洲：撰写 – 审稿与编辑，验证，监督，资源协调，项目管理，资金获取，概念化。郭武红：撰写 – 审稿与编辑，监督，软件开发，方法论，数据管理。徐玲静：撰写 – 审稿与编辑。李旭轩：撰写 – 审稿与编辑。刘西全：
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。
致谢
本文得到了国家自然科学基金（编号：92158202）、崂山实验室科技创新项目（编号：LSKJ202202504）、国家自然科学基金（编号：42476018）以及国家重点研发计划（编号：2023YFC3108203的支持。同时，还得到了IOCAS的高性能计算中心、OMORN的东海海洋观测与研究站以及青年创新促进计划的支持。
