近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境实验室（LTO）蔡树群研究团队在海洋中尺度涡结构与输运特征方面取得新进展。相关成果以“ Eddy vertical structure and energy in the southeastern Indian Ocean: implications for dissipation and lifespan”为题发表在国际期刊Progress in Oceanography上。LTO副研究员何映晖为第一作者，研究员蔡树群为通讯作者，自然资源部第二海洋研究所副研究员刘统亚为共同通讯作者。合作者包括英国东安格里亚大学副教授Zhai Xiaoming，中国科学院大气物理研究所研究员林鹏飞，以及LTO研究员何庆友、陈植武、谢皆烁，副研究员许洁馨、龚延昆，助理研究员李娟和硕士研究生丁文烁。

中尺度涡旋是海洋中广泛存在的海水旋转运动，水平尺度通常为几十至数百千米，生命周期可达数十至数百天，承载着海洋中大部分动能，在海洋水团、热盐输运以及海洋生态环境调节中发挥着重要作用。卫星观测表明，东南印度洋是全球中尺度涡活动较为活跃的区域之一，不同区域涡旋的振幅、生命周期等表层特征存在显著差异。然而，这些涡旋在海表以下具有怎样的三维结构？其垂向结构是否也存在类似的空间差异？不同涡旋生命周期为何存在显著差别？针对这些问题，研究团队综合卫星高度计和Argo浮标观测，系统研究了东南印度洋中尺度涡垂向结构和体积分能量的空间分布特征、涡旋垂向结构、能量耗散与生命周期之间的关系。结果表明，东南印度洋气旋涡的垂向结构具有显著的区域差异，而反气旋涡的区域变化相对较弱（图1）。根据垂向结构特征，中尺度涡可分为表层强化型和次表层强化型两类。其中，次表层强化型涡旋以气旋涡为主，其密度异常核心位于约750 m深度，最大流速则出现在约250–300 m深度，主要分布于利文海流系统（Leeuwin Current System）及30°S以南的开阔海域。相比之下，反气旋涡总体以表层强化型结构为主。研究表明，中尺度涡的垂向结构不仅受到海洋层结控制，还与背景平均流系密切相关。进一步分析发现，涡旋生命周期与其体积分能量具有更为密切的联系。其中，生命周期与体积分涡动能的相关系数达到0.84，明显高于其与涡旋振幅、半径和垂向尺度等特征参数的相关程度。涡旋总能量的空间差异主要由涡旋振幅和垂向结构共同控制，而涡旋半径和科氏参数的影响相对较弱。这表明仅依赖卫星能够观测到的海表特征难以完整刻画涡旋的总能量及其生命周期。

研究还发现，次表层强化型涡旋由垂向混合引起的能量耗散明显弱于表层强化型涡旋；同时，垂向混合对涡旋有效位能的耗散快于对涡动能的耗散，而水平混合则表现出相反的特征。以利文海流系统为例（图2），该区域的气旋涡以次表层强化型结构为主，不仅具有更高的体积分能量，且垂向混合耗散更弱，因此能够维持更长的生命周期。研究由此建立了“涡旋垂向结构—总能量—能量耗散—生命周期”之间的联系，为理解不同类型中尺度涡寿命差异提供了新的动力学视角。论文结果表明，涡旋三维结构和能量是调控其生命周期的重要因素，不能仅依据海表性质判断涡旋的演变和持续时间。

该研究从观测角度系统揭示了东南印度洋气旋涡和反气旋涡垂向结构的空间差异，从能量学角度定量解释了表层强化型与次表层强化型涡旋在能量耗散和生命周期方面的差异，并指出传统上将气旋涡和反气旋涡假定为具有相似垂向结构，可能会给涡致物质输运和能量耗散估算带来偏差。

该研究由中国科学院战略先导专项、国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院青促会等项目共同资助完成。

论文信息：He, Y., W. Ding, Q. He, X. Zhai, T. Liu, Y. Gong, J. Xie, J. Xu, Z. Chen, J. Li, P. Lin and S. Cai* (2026), Eddy vertical structure and energy in the southeastern Indian Ocean: implications for dissipation and lifespan, Progress in Oceanography, 248, 103809, doi:https://doi.org/10.1016/j.pocean.2026.103809.

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.pocean.2026.103809

图1 东南印度洋(a)气旋涡和(b)反气旋涡三维结构空间分布。阴影和等值线表示涡旋内密度异常（kg/m³）。

图2 东南印度洋典型涡旋结构及能量耗散系数。(a–d) 南印度洋逆流和Leeuwin海流区域合成气旋涡和反气旋涡的海表高度异常及地转流速矢量。(e–f) 南印度洋逆流（实线）和 Leeuwin海流（虚线）涡旋的垂向密度异常系数 α(z)和涡旋垂向模态 H(z)。(g–h) 涡动能和涡有效位能的垂向（g）和水平（h）阻尼系数。