基于SDGSAT-1卫星影像的黄海海洋卡门涡街动力学与形态学特征及其对可持续发展目标的贡献

中国科学院团队利用SDGSAT-1卫星多光谱影像（2021-2024年），首次对黄海海域114例海洋卡门涡街（Kármán vortex street）开展系统性研究，揭示其时空分布受潮汐-岛屿相互作用主导，冬季特征参数（雷诺数Re=403.56）显著强于夏季（Re=185.86），为SDG 14（海洋可持续发展）目标实现提供关键科学依据。

　　

研究背景
海洋中的卡门涡街（Kármán vortex street）是流体力学中经典的涡旋脱落现象，当洋流绕过岛屿等障碍物时，会在其后方形成周期性排列的涡旋对。这种现象不仅具有理论价值，更通过水平输送营养盐、污染物和浮游生物，直接影响海洋生态系统生产力。然而，现有研究多集中于大气或开放大洋的涡街案例，对近岸小尺度涡街的系统观测仍属空白。随着联合国可持续发展目标（SDG）14提出海洋生态保护需求，厘清涡街的动态特性与驱动机制成为实现"清洁海洋"（SDG 14.1）和"可持续渔业"（SDG 14.4）的关键科学问题。

研究方法
中国科学院团队利用我国首颗可持续发展科学卫星SDGSAT-1的多光谱成像仪（MSI，空间分辨率10m）数据，结合再分析海洋动力数据，对2021-2024年黄海海域的涡街开展多维度解析。通过人工解译428景影像识别114例完整涡街，采用单因素/多因素统计方法关联潮汐（TPXO9模型）、风场（ECMWF）等驱动因子，计算涡街形态参数（长宽比）与动力学参数（雷诺数Re），并探讨其与SDG 14的实践关联。

研究结果
1. 涡街基本信息
114例涡街集中分布于水深<50m海域，25%的卫星影像可见涡街特征。地理分布显示山东半岛周边岛屿（如千里岩）为高频诱发区。

2. 驱动机制分析
潮汐-岛屿相互作用是主要驱动力（p<0.01），冬季强潮汐对应更高涡街发生率。风应力旋度（wind stress curl）通过改变流场路径影响涡街传播方向，但非决定性因素。

3. 参数季节差异
冬季涡街长宽比（2.75）和雷诺数（Re=403.56）显著高于夏季（1.92，Re=185.86），这与黄海潮汐季节性强度变化高度一致。

4. SDG应用价值
涡街通过增强营养盐垂向输运（upwelling）促进浮游生物增殖，其时空规律可为渔业资源管理提供预测依据，直接支持SDG 14.2（生态系统保护）和14.A（海洋科技）。

结论与意义
该研究首次基于国产高分辨率卫星实现全海域涡街普查，揭示潮汐动力主导的近岸涡街生成机制。冬季强潮汐导致更稳定的涡街结构与更高能量耗散（Re>400），这一发现为建立"岛屿-涡街-生态系统"耦合模型奠定基础。从实践角度，研究成果通过量化涡街对物质输运的贡献，为精准实施SDG 14各项目标（如减少陆源污染扩散、优化养殖区布局）提供了科学抓手。SDGSAT-1卫星的成功应用也印证了自主遥感技术在海洋可持续发展监测中的不可替代性。