近日，南方科技大学海洋科学与工程系助理教授展鹏团队在海洋多尺度动力研究方面取得进展，相关成果以“Submesoscale Vertical Heat Flux Amplifies a Cross-Scale Positive Feedback in the Western Arabian Sea”为题，发表于学术期刊 Geophysical Research Letters。研究基于高分辨率数值模拟，揭示了西阿拉伯海夏季风背景下海洋上层热量输运的新型跨尺度耦合机制，为理解海洋多尺度过程相互作用及海洋内部能量循环提供了新的物理图景。

图1 季风上升流导致沿岸冷水补充条件下，多尺度动力过程的“斜压增长-正向能量级串-垂向热输运增强”正反馈示意图

海洋亚中尺度动力过程通常指空间尺度约为0.1-10千米、时间尺度为小时到数天的快速海洋运动，典型表现为锋面、细丝结构及其伴随的强垂向运动。相较于中尺度涡旋，这类过程虽然尺度更小，却能更高效地交换热量、盐度及其他示踪物，因此被认为是连接大尺度环流、中尺度涡旋与小尺度混合的重要桥梁，也是调控上层海洋热量再分配的关键环节。该研究聚焦于亚中尺度垂向热通量，指出其不仅影响海表温度和海气热交换，也可能通过改变海洋上层热结构，进一步参与区域气候系统调节。

长期以来，海洋亚中尺度过程通常被认为在冬季更为活跃，尤其是在开阔大洋中。然而，该研究发现，在西阿拉伯海，亚中尺度垂向热通量的显著增强并非主要出现在冬季，而是在夏季风盛行期间达到峰值。这一结果突破了对亚中尺度季节性变化的常规认识，表明在强季风和沿岸上升流共同作用下，海洋上层热输运的主导机制具有鲜明的区域特殊性。研究进一步指出，夏季沿岸 Ekman 上升流能显著增强岸-海方向的浮力梯度与等密面倾斜，从而促进中尺度与亚中尺度共同参与的向上热输运。

研究团队提出并明确识别了一个新的跨尺度正反馈物理机制：夏季风驱动的沿岸上升流首先建立强水平密度梯度，中尺度斜压不稳定，由此发展并释放可用位能，产生向上的中尺度垂向热输运；同时，动能通过前向级串由中尺度传递至更小尺度，激发亚中尺度锋生和混合层不稳定，形成更强的亚中尺度向上热输运；而中、亚中尺度共同产生的向上热通量又进一步维持并强化原有的浮力梯度和不稳定背景。在上升流导致沿岸冷水补充的条件下，使“斜压增长-正向能量级串-垂向热输运增强”构成闭环正反馈。由此，垂向热通量不再仅是动力过程的结果，而成为连接中尺度与亚中尺度相互作用的关键物理纽带。

这一发现的重要意义在于表明海洋内部能量循环并不只是沿着背景环流-中尺度涡旋-小尺度耗散的单向路径传递，而可能通过可用位能释放、动能跨尺度输运和热量再分配共同构成闭合耦合系统。对于海洋动力学研究而言，这一研究为理解上升流海区锋面维持、涡旋演化及热结构调整提供了新的理论框架；对于更广泛的海气相互作用与气候研究而言，意味着海洋内部不同尺度的运动并非彼此独立，而会协同塑造海表温度、海气热交换及区域气候响应。研究团队还指出，这一机制可能并不限于阿拉伯海，在其他上升流强、锋面清晰、涡动活跃的海区也可能具有普遍意义，因此对完善气候模式中上层海洋热输运的表征具有重要的理论价值与潜在应用意义。

南方科技大学海洋科学与工程系博士生李超亮为论文第一作者，展鹏为论文通讯作者。南方科技大学为论文第一单位。该研究得到了国家自然科学基金和 KAUST CRG 项目支持。

论文链接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2025GL119482

供稿：海洋科学与工程系

通讯员：颜莎

主图：丘妍

编辑：曾昱雯