摘要

占据海洋动能90%的中尺度涡广泛分布于各个大洋，对于大洋环流系统与海洋生态系统有重要作用。中尺度涡及其亚中尺度精细结构能够导致几十米每天的较强垂向运动，可以将海洋次表层的营养盐带入真光层促进海洋浮游植物的生长。这使得高分辨率的卫星遥感的叶绿素分布中，能够看到中尺度涡及其精细结构所对应的空间构型，这是在全球范围对中尺度涡精细结构进行观测一个重要手段。首先，针对螺旋叶绿素带这一种典型的亚中尺度精细结构，综合利用高度计与水色卫星数据发现其是涡旋上的Vortex Rossbv波，验证了使用叶绿素分布进行动力分析的可能性。之后使用EfficientNet深度学习网络，对中尺度涡上叶绿素分布进行自动分类，识别出了6类典型的空间分布构型，并发现这些构型在中尺度涡的演化过程中能够相互转化，并具有对全球海洋初级生产力产生重要贡献的潜力。

一、中尺度涡的研究意义

海洋中，90%的动能是以中尺度涡的形式存在的，是海洋中的基建，它在海洋中无处不在。中尺度涡可以输运二氧化碳的化学物质，还会输送动量和位涡，对能量串级也起着一定的作用。

二、中尺度涡的精细结构

中尺度涡中存在螺旋条带，从外侧指向涡旋中心(如图1&4)。该现象不仅仅存在于海洋涡旋中，还存在于星系、大气中，见图2&3。

不过，精细结构不仅仅是上面螺旋这一种，还有以下这五种：单核(Core)、环状(Ring)、流套状(Loop)、蝌蚪状(Tail)、眼状(Eye)。这些结构主要集中于延伸体、西边界流、Augulus以及南极绕极流(ACC)。这六种结构会互相转化，经研究发现，有以上这六种结构的涡旋还是少数的(20%左右)。

三、造成该结构的可能机制

通过与大气的涡旋机制对比，发现涡旋罗斯贝波(Vortex Rossby Wave)的波动过程是导致这一现象的主要机制，如图5&6。

四、一些问题/启发

• 中尺度涡主要以搅拌(stirring),即水平平流为主，而亚中尺度是以垂向主导的。

• 中尺度涡的研究还不成熟，killing就是一个难点，所以才要研究亚中尺度，也就是说亚中尺度过程是给中尺度涡服务的

• 中尺度涡的能量串级也存在挑战

• 叶绿素既可能集中在辐聚区，也可能集中在辅散区。但是统计平均发现，以辅散为主

• 涡旋越多，叶绿素越高，但是还与大尺度背景流场的分布影响有关

• Chelton et al.（2011）(图7）探测方法是欧拉，定常态，所以不会探测出半永久性的涡

参考文献：

1. Chelton, D. B., Schlax, M. G., & Samelson, R. M. (2011). Global observations of nonlinear mesoscale eddies. Progress in Oceanography, 91(2), 167–216. https://doi.org/10.1016/j.pocean.2011.01.002

2. Zhang, Z., & Qiu, B. (2020). Surface Chlorophyll Enhancement in Mesoscale Eddies by Submesoscale Spiral Bands. Geophysical Research Letters, 47.