海院科研动态（158）| 亚中尺度温盐补偿机制研究取得新进展：海气强迫对上层海洋锋面结构的调控作用

研究背景

       上层海洋锋面是连接海气相互作用与海洋内部物质输运的关键动力单元，在调控热量、动量及生物地球化学过程方面具有重要作用。近年来，随着高分辨率观测与数值模拟的发展，空间尺度为1-20公里、时间尺度为数小时到数天的亚中尺度过程逐渐成为物理海洋学研究的前沿热点。温盐补偿（thermohaline compensation），即温度与盐度水平梯度部分或完全相互抵消、从而削弱密度梯度的现象，成为刻画锋面结构及其动力过程的关键物理机制。相较于中尺度，温盐补偿信号在亚中尺度范围内显著增强，这一现象在全球上层海洋中普遍存在，甚至能削弱亚中尺度锋面密度梯度约50%，从而显著影响亚中尺度过程的演变。然而，目前对于复杂大气强迫（尤其是台风）如何调控温盐补偿及其对锋面动力学的反馈作用仍缺乏直接观测约束和系统认识。

       针对这一科学问题，我院海洋中小尺度过程及环境效应研究团队基于南海北部滑翔机阵列观测，并结合高分辨率理想化数值实验，系统揭示了热带气旋过程中大气冷却对亚中尺度温盐补偿形成及其对锋面结构调控的作用机制。

图1.（a）南海北部研究区域示意图及12台水下滑翔机轨迹，虚线为台风“海棠”路径。（b）2017年7月30日的ADT和FSLE，灰箭头为地转流。滑翔机观测的水平特纳角（Tu）在中尺度（20–50 km）（c），亚中尺度（2–10 km）（d）上的条件概率密度分布。

研究结果

       研究结果表明，在热带气旋影响下，盐度锋面区域温盐补偿显著增强，且亚中尺度的温盐补偿强度明显高于中尺度。理想化数值实验表明，海表冷却能够显著增强亚中尺度活动，并通过非地转运动和再层化过程，在盐度锋面区域快速生成与盐度梯度对齐的温度扰动，从而强化温盐补偿，补偿比例可达约20%。研究进一步发现，增强的温盐补偿通过削弱水平密度梯度，有效抑制锋面增强过程（frontogenesis），并作为有效势能（EPE）的重要能量汇（energy sink）。将海表热通量引入锋生函数，构建了考虑非绝热过程的锋面演化理论框架，从而定量刻画海表冷却与亚中尺度过程耦合作用对锋面演化的影响。

图2. 来自理想化模拟实验的三维盐度场：(a) 0小时，(b) 396小时；396小时后10 m深度的：(c) 位密度，(d) 垂向速度w，(e) 罗斯贝数，(f) Ertel位涡，(g) 散度，以及(h) 混合层深度。

研究意义

       本研究深化了对亚中尺度海气相互作用的认识，揭示了温盐补偿在调控锋面结构与能量转换中的关键作用，为海洋模式中亚中尺度过程及海气耦合的精细化模拟提供了重要理论支撑。

文章相关信息

上述研究成果近期发表于国际物理海洋学权威期刊《Journal of Physical Oceanography》，论文第一作者为我院唐海波博士后，我院王东晓教授和南海海洋研究所舒业强研究员为论文的共同通讯作者。其他合作者包括来自我院的于小龙副教授、邱春华教授和中科院沈阳自动化研究所的俞建成研究员，南海海洋研究所尚学昆博士后。本研究得到国家重点研发计划（2022-34），国家自然科学基金（42227901, 42476003, 42361144844, 42206002），南海海洋研究所基础前沿与创新发展2023一体化项目（SCSIO2023QY02）的联合资助。

Haibo Tang, Xiaolong Yu, Dongxiao Wang, Yeqiang Shu, Chunhua Qiu, Jiancheng Yu, & Xuekun Shang. (2026). Submesoscale Thermohaline Compensation and Its Role in Frontogenesis. Journal of Physical Oceanography, 1–39. https://doi.org/10.1175/JPO-D-25-0176.1.