近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室（LTO）海洋模式与海洋动力研究团队与日本国立海洋研究开发机构（JAMSTEC）的科学家合作，探究基于高分辨率海表卫星观测资料对次表层垂直速度进行反演的动力学方法，并取得重要进展。相关成果由刘磊博士和JAMSTEC资深研究员Hideharu Sasaki 2月11日发表于物理海洋学领域知名期刊Journal of physical Oceanography（《物理海洋学》）。

垂直速度（w）在海洋上混合层与深层的物质能量交换（如热量、盐度、生物地理化学元素等）过程中扮演着极其重要的角色。尽管如此，由于w的强度和时空尺度非常小，极难实现对w的直接观测。w通常通过密度、水平速度场三维观测，借助Omega方程诊断得出。由于三维高时空分辨率的密度和（水平）速度观测较难实现（尤其是在海况恶劣的海域），许多工作研究如何将卫星观测的海表信息投影至海洋内部，实现次表层密度及（水平）速度场的反演。进一步，利用反演的三维变量场并结合Omega方程以计算w。

研究团队曾在2019年提出一个先进的次表层反演方法（L19; Liu et al. 2019），此方法利用海面高度和海面密度可以对上层（~1000米）海洋的（水平）速度场和密度场很好地实现反演。研究团队把此方法与非绝热地转Omega方程结合，利用高分辨率海洋模式资料（1/30°逐日数据）在黑潮延伸体海域计算w，并得到了令人鼓舞的结果：诊断w与模式w相关系数在混合层底与1000米深度之间为0.51-0.67、在混合层中相关系数为0.42-0.51。本工作的亮点之一是：在混合层中，考虑湍流对w的显著影响，在（地转绝热）Omega方程中引入一个高度简化的湍流参数化方案，该方案能很好地改进混合层内w的诊断结果（相关系数改进最高可达0.31）。本研究成果为充分利用即将问世（2022年）的SWOT（Surface Water and Ocean Topography）测高卫星资料开展反演工作打下先行基础，具有重要的科学意义和应用价值。

本研究由国家自然科学基金（41806036）、中国科学院战略性先导科技专项（XDB42000000）、南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）人才团队引进重大专项（GML2019ZD0303）共同资助完成。

相关论文链接：https://journals.ametsoc.org/view/journals/phoc/aop/JpO-D-20-0152.1/JpO-D-20-0152.1.xml?rskey=mcHDlh&result=1

https://journals.ametsoc.org/view/journals/phoc/49/12/jpo-d-19-0118.1.xml?rskey=TMIkJU&result=1

图1. (a) OFES模式50米深度w场；(b) L19方法计算所得50米深度w场；(c) w计算结果与模式数据的空间相关系数。黑线代表绝热Omega方程诊断结果（未加入混合层参数化方案）；红线代表非绝热Omega方程诊断结果（加入混合层参数化方案）。灰色阴影标记混合层(110米深)。