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为探究热带气旋（TCs）与海洋中尺度涡相互作用下反气旋涡（AE）的变化，研究人员结合海翼水下滑翔机观测和 HYCOM 模型输出，研究 “木兰” 对 AE 的影响。结果发现 “木兰” 破坏了 AE 结构，使 EKE 和 EPE 大幅降低。该研究增进了对海洋能量转移机制的理解。
在神秘的海洋世界里，海洋中尺度涡就像一个个 “小漩涡宇宙”，它们通常在 40 - 300 千米的空间尺度上活跃，能持续存在数周甚至数月，在南海北部频繁现身。这些中尺度涡有着独特的温盐结构，在调节海洋动能和物质运输方面发挥着关键作用。而热带气旋（TCs），也就是我们常说的台风，作为强大的中尺度天气系统，在夏季的南海北部频繁出没，对上层海洋环境产生深远影响。
当热带气旋与海洋中尺度涡相遇，就如同两个强大的 “势力” 碰撞，会引发各种奇妙的海洋变化。比如，反气旋涡（AE）中的温暖海水和高热量能够缓解热带气旋过境带来的表面冷却，同时热带气旋也可能从反气旋涡中获取更多热能，从而快速增强。但目前，关于在热带气旋 - 涡相互作用过程中，各种物理过程如何进一步调节涡动能（EKE），人们还知之甚少。为了揭开这些神秘的面纱，来自国内的研究人员开展了一项重要研究，相关成果发表在《Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers》上。
研究人员为了深入了解热带风暴 “木兰” 对南海北部反气旋涡的影响，采用了多种关键技术方法。一方面，利用了由中国科学院沈阳自动化研究所研发的海翼水下滑翔机进行观测。两架分别名为 KP07 和 KP11 的水下滑翔机，按照不同的运动模式，在特定时间段内收集了大量海洋数据，包括温度、盐度等，其测量深度最大可达 800 米 ，且水平分辨率较高。另一方面，研究人员使用了再分析数据，如从中国气象局热带气旋数据中心下载的 “木兰” 最佳路径数据，以及从多个卫星高度计数据融合得到的海平面异常（SLA）数据等。同时，从 HYCOM 模型中提取 3D 温度、盐度和电流数据，用于分析反气旋涡的 3D 结构破坏和涡动能耗散情况。
反气旋涡和热带风暴 “木兰” 的演变
研究人员发现，反气旋涡于 2022 年 7 月 15 日在南海北部斜坡生成，之后其振幅和半径不断变化。在 “木兰” 出现前，反气旋涡经历了向海移动、返回斜坡又再次向海移动的过程，期间其振幅和半径达到了一定峰值，同时平均涡动能也达到了最大值 20 J m?2 。而 “木兰” 最初是在 8 月 6 日于南海西北部发展形成的热带低压，随后逐渐升级为热带风暴，并在移动过程中对反气旋涡产生了重大影响。“木兰” 的最大风速半径覆盖了反气旋涡和滑翔机观测区域，在其演变和过境过程中，风速和相关应力迅速增加，这直接导致了反气旋涡的振幅、半径以及涡动能快速下降。即使在 “木兰” 过境后，风速减弱，但反气旋涡的海平面异常和涡动能仍在持续降低，表明 “木兰” 对反气旋涡的结构和能量产生了持久影响。
反气旋涡 3D 结构的破坏
温盐结构的破坏
在 “木兰” 过境前后，研究人员对水下滑翔机部署位置的海洋变化进行了详细分析。结果显示，混合层和次表层温度下降，在次表层温度大约下降了 2.3°C ，但在混合层加深区域附近和 200 米层出现了温度升高的现象，这可能是由于 “木兰” 引发的强烈垂直混合导致的。混合层盐度下降，次表层盐度升高，且在 100 - 400 米之间出现盐度交替变化的情况。这些温度和盐度的变化使得混合层密度增加，次表层密度变化更为显著。
研究人员还对反气旋涡内外的剖面变化进行了对比。在 “木兰” 过境前，反气旋涡内存在明显的暖异常和低盐度异常，而在过境后，涡内表面和次表层温度显著下降，盐度显著增加，密度也相应增加。从 3D 变化来看，“木兰” 过境时，混合层温度下降，盐度异常分布发生改变，密度异常也随之变化。通过 10 天低通滤波器去除 “木兰” 的高频影响后发现，“木兰” 的过境对反气旋涡的温盐结构产生了强烈影响。此外，“木兰” 过境期间，海洋向大气释放的热量增加，反气旋涡内的海洋热含量（OHC）损失比外部更大，导致反气旋涡独特的温盐结构被破坏。
流场的破坏
在 “木兰” 过境前，反气旋涡的表面和次表层流速相对较高，随着深度增加流速逐渐减小。“木兰” 过境时，强烈的风使表面流场显著增强，严重破坏了上层涡结构，表面最大经向和纬向速度异常分别达到 0.56 m s?1 和 0.65 m s?1 。次表层流场在南部减弱，北部增强。在 “木兰” 过境后，反气旋涡结构虽再次出现，但未完全恢复，表面和次表层的东部和西部流速明显减弱，100 米以上层的流速相比 “木兰” 过境前明显减慢。
反气旋涡倾斜度的增强
反气旋涡的轴线从表面到海底有明显的向西南倾斜的现象，这主要是由于地形 β 效应导致的。在 “木兰” 过境期间，涡的倾斜方向和距离发生了变化，倾斜方向从 190° - 230° 转变为 180° - 190° ，最大距离从 34 - 60 千米增加到 84 千米。过境后，倾斜方向向南移动，逐渐增加到 270° ，距离减小到小于 37 千米。这种变化主要是因为 “木兰” 过境时反气旋涡上部快速移动，而底部中心受影响较小，导致涡的倾斜度明显增强。
涡动能耗散
“木兰” 对反气旋涡温盐和流场结构的破坏，不可避免地导致了涡动能和涡势能的变化。在 “木兰” 过境期间，40 米上层的涡动能由于流异常增强而显著增加，90 米以下的涡动能也有所增加，但 40 - 80 米层的涡动能下降。过境后，表面涡动能大幅下降，1000 米上层的综合涡动能相比 “木兰” 过境前减少了 57% ，100 米上层减少了 62% ，表明涡动能在 “木兰” 过境后明显耗散。
在涡势能方面，“木兰” 过境前，混合层因较大的密度异常而具有较高的涡势能。过境时，混合层涡势能大幅下降，下降了 88% ，而 1000 米 - 40 米层的涡势能有所增加。过境后，200 米上层涡势能进一步下降，几乎比 “木兰” 过境前低两个数量级。1000 米上层的综合涡势能在 “木兰” 过境后减少了 96% 。
通过对 1000 米综合涡动能收支的计算，研究人员发现，在 “木兰” 过境前，涡势能向涡动能的转换（BF）是涡动能的主要来源；过境期间，风应力做功（WW）成为涡动能的主要来源，它注入了大量能量，但却破坏了反气旋涡的环流结构；过境后，压力做功的散度（PD）成为涡动能的主要来源。而涡动能的耗散主要是由 “木兰” 过境时的湍流混合以及过境后由近惯性波（NIWs）引起的强烈垂直混合导致的。
研究人员通过这项研究，详细揭示了热带风暴 “木兰” 对南海北部反气旋涡 3D 结构的破坏过程，以及在热带气旋 - 涡相互作用中各种动力过程对涡动能的贡献和耗散机制。这不仅让人们对热带气旋如何影响海洋涡的结构和能量有了更深入的理解，也为进一步研究海洋中复杂的能量转移和物质运输过程提供了重要依据，有助于提升海洋环境预测和应对海洋灾害的能力。
