中尺度渦旋（又稱天氣式海洋渦旋），是指海洋中直徑有100-300千米、壽命為2-10個月的渦旋。相比於常見的用肉眼可見的渦旋，中尺度渦旋直徑更大、壽命更長；但相比一年四季都存在的海洋大環流有小很多，故稱其為中尺度渦旋。它通常分為兩種：氣旋式渦旋（在北半球為逆時針旋轉），反氣旋式渦旋（在南半球為逆時針旋轉）。
基本介紹
- 中文名：中尺度渦旋
- 外文名：mesoscale vortex
- 又稱：天氣式海洋渦旋
- 壽命：2-10個月
概念,分類,對海洋水文物理性質的影響,對海洋化學和生物環境的影響,
概念
中尺度渦旋（又稱天氣式海洋渦旋），是指海洋中直徑有100-300千米、壽命為2-10個月的渦旋。
分類
中尺度渦旋很像大氣中的氣旋和反氣旋，故又稱天氣式海洋渦旋。
通常分為兩種：氣旋式渦旋（在北半球為逆時針旋轉），其中心海水自下而上運動，將下層冷水帶到上層較暖的水中，使渦旋內部的水溫比周圍海水低（一般中心海面高度比周圍低），又稱冷渦旋。另一種是反氣旋式渦旋（在北半球為順時針旋轉），其中心海水自上而下運動，攜帶上層的暖水進入下層冷水中，渦旋內部水溫比周圍水溫高（一般中心海面高度比周圍高），又稱暖渦旋。
中尺度渦旋在世界各大洋中都存在，大部分集中在北大西洋，尤以百慕達三角區為多。在太平洋的西北部從1957年至今，已經發現了近200個反氣旋式渦旋。
中尺度渦旋的運動可分為自轉、平移和垂直3種。
中尺度渦旋會改變流經海區原有的海水運動，使得海流的方向變化多端，流速增大數倍至數十倍，並伴隨有強烈的水體垂直運動。旋渦中心勢能最大，越遠離中心，勢能越小。
渦旋動能的最大值不在中心，而是在水體旋轉線速度最大的區域。
對海洋水文物理性質的影響
首先是中尺度渦對海表溫度(SST)的影響，氣旋（反氣旋）式的中尺度渦對應著低（高）的海面高度（SSH），在地轉的作用下使海面海水輻散（輻聚），從而引起了下層（上層）海水的上升（下降）以作為補充，進而使海面呈現出低（高）的SST。故而中尺度渦又有冷渦和暖渦之分，分別對應著氣旋渦和反氣旋渦。中尺度渦對SST的影響不僅僅是由於它所引起的上升或下降流所造成的，還有一種途徑那就是中尺度渦對背景SST的攪拌作用。在海洋的鋒面處SST的梯度非常大，在中尺度渦強烈的攪拌作用下，會將冷水帶到暖水處，同樣也會將暖水帶到冷水的地方，這樣便會產生SST的“冷絲”和“暖絲”。中尺度渦影響了SST後，會產生一系列的連鎖效應，比如說它會改變了海氣的熱通量，這裡不作詳談。
其次是中尺度渦對溫、鹽、粒子的輸運作用，即所謂的eddy flux。對溫、鹽、流等的平均背景場而言，中尺度渦的存在對背景場產生一種不規則的脈動，所產生的脈動流速與脈動溫度（鹽度、粒子密度）的共同作用，產生了所謂的渦的熱（鹽、粒子）輸運。相關研究表明，這種渦的輸運作用與背景平流作用相比，不可忽略，而在西邊界流及延伸體和南極繞極流海區，渦的輸運作用更尤為顯著。
除了自身的旋轉之外，中尺度渦還在不斷地“遷移”。從高度計上可以發現，大洋中的中尺度渦以與長Rossby波速相近的速度向西傳播，這可能說明大洋中的中尺度渦正是Rossby波的局地表現形式。在這種意義下，大洋中的能量不斷地以中尺度渦的形式向西傳播，從而對整個大洋的環流進行調整。此外，實際海洋中的中尺度渦並不是嚴格線性的，即中尺度渦的流線並不嚴格閉合（或者說中尺度渦的粒子運動軌跡並不閉合），這會使得中尺度渦不斷地向西攜帶物質，但這方面的相關研究還十分匱乏。
對海洋化學和生物環境的影響
中尺度渦對海洋化學及生物環境也有著不可忽視的影響。比如說中尺度渦所造成的上升流，將海洋下層的營養鹽攜帶至海洋真光層，從而促進了海洋初級生產力的提高。此外，中尺度渦在鋒面處的攪拌，以及中尺度渦對粒子的渦輸運作用，也會影響局地的海洋化學及生物環境。最近在Science上發表的一篇報導指出，在東北太平洋中脊處的一個中尺度渦，正壓性特彆強，影響深度可達海底，從而幫助了海底熱液出口處生物群落的遷移，可見中尺度渦對深海海洋生態有這前所未知的影響。
作為大尺度過程與小尺度過程的銜接，中尺度渦在能量積串中占有至關重要的位置。首先，由於斜壓不穩定（或其它原因，如正壓不穩定），中尺度渦從從背景流中產生，並從背景場中攝取能量不斷成長，從而將能量從大尺度向中尺度傳遞。而中尺度渦的耗散過程，又將能量從中尺度傳遞到小尺度，進而最終轉化成熱能耗散。關於中尺度渦的生成、耗散機制與過程，特別是其耗散的機制與過程，目前尚無定論，相關的報導十分匱乏。目前的幾篇報導指出，反氣旋式的中尺度渦可能是近慣性能量向下傳播的“通道”，有利於深層海水的混合，從而促進了能量向小尺度的傳遞；此外還有報導指出，中尺度渦在經過海底強地形時可能產生Lee-wave，Lee-wave的破碎造成了海水的混合。
