图 南大洋极端高温和低温扰动发生在气旋涡（CE）和反气旋涡（AE）内的比例随深度的变化
在国家自然科学基金项目（批准号：42276027、41890851、42276186）等资助下，中国科学院南海海洋研究所詹海刚研究员团队在中尺度涡影响海洋极端温度研究方面取得进展。研究成果以“中尺度涡加剧南大洋温度变异性和极端事件（Enhancing impacts of mesoscale eddies on Southern Ocean temperature variability and extremes）”为题，于2023年9月18日发表在《美国科学院院刊》（PNAS）上。论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2302292120。
南大洋贯通全球三大洋盆，对全球海洋环流、生物地球化学循环和气候变化有重大影响。南极绕极流是全球海洋中最强大的洋流系统之一，其强烈的斜压不稳定性导致了活跃的中尺度涡活动。这些涡旋会改变海气界面的热交换以及热量在海洋中的再分配和储存，从而必然会对海洋极端温度产生影响。海洋极端温度严重威胁海洋生物生存和生态系统稳定性。大量基于卫星观测的研究表明，随着全球变暖，海表极端高温（热浪）的发生频率、强度和持续时间均在不断增加。然而，对于环境相对稳定且海洋生物资源最为富集的次表层，由于卫星难以直接观测，其极端温度发生和演变的认知还非常有限。
研究团队分析了过去20多年南大洋50多万条温盐剖面观测资料和卫星遥感中尺度涡数据，发现尽管反气旋涡在海洋中发生频率只有约10%，但发生在涡内的次表层极端高温比例却高达近50%（发生在气旋涡内的极端低温情况与之类似）（图）。随着南大洋的变暖和涡旋活动的增强，中尺度涡内平均温度和极端温度扰动强度均显著增强，且后者速率比前者大一倍。这些结果表明，在变暖的海洋中，中尺度涡对极端温度发生和增强的贡献有所增加。同时，涡内温度扰动增强也意味着海洋温度变化幅度的加剧。这可能促进了近表层热量的跨梯度向下混合与输运，从而减缓上层海洋变暖，并促进深层海洋增温。
该研究揭示了中尺度涡在驱动海洋次表层极端温度中的重要作用。随着全球变暖的持续，涡旋对海洋极端温度的增强效应还可能进一步加剧。这些研究结果可为我们理解和预测海洋极端温度及其对海洋生态系统和渔业资源的影响提供重要参考。