長期以來，印度洋常被視為全球氣候系統(tǒng)中的“被動響應(yīng)者”，其變化主要受太平洋和大西洋調(diào)控。然而，這一傳統(tǒng)認(rèn)知正在被不斷重塑。作為全球第三大洋，印度洋吸收了超過四分之一的全球海洋凈熱量，直接影響近三分之一世界人口的氣候環(huán)境與糧食安全。在季風(fēng)系統(tǒng)驅(qū)動、強(qiáng)鹽度層結(jié)、半封閉海盆結(jié)構(gòu)以及印尼貫穿流共同作用下，印度洋呈現(xiàn)出區(qū)別于其他大洋的獨(dú)特多尺度動力體系。受觀測資料稀疏與數(shù)值模式分辨率不足的長期限制，傳統(tǒng)研究多聚焦于季風(fēng)環(huán)流等大尺度動力過程，而中尺度（10–100 km）和次中尺度（0.1–10 km）過程長期被視為“次要擾動”甚至“背景噪聲”。近年來，隨著高分辨率衛(wèi)星、現(xiàn)場觀測和數(shù)值模擬能力的快速提升，學(xué)界對這一問題的認(rèn)識正在發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變——印度洋中小尺度動力過程并非附屬擾動，而是驅(qū)動海洋能量級聯(lián)、物質(zhì)輸運(yùn)、海氣耦合、生物地球化學(xué)循環(huán)和氣候變異的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

論文發(fā)表截圖

立足這一研究背景，南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（珠海）[簡稱南方海洋實(shí)驗(yàn)室]攜手中山大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院及國內(nèi)多家海洋科研機(jī)構(gòu)，在國際期刊《Reviews of Geophysics》上聯(lián)合發(fā)表綜述論文。

系統(tǒng)梳理并整合印度洋中尺度與次中尺度過程的動力機(jī)制、觀測進(jìn)展、數(shù)模方法及其環(huán)境效應(yīng)的最新進(jìn)展，構(gòu)建了面向季風(fēng)海洋的跨尺度耦合新認(rèn)知框架。

研究團(tuán)隊系統(tǒng)梳理了近幾十年來在觀測、理論與數(shù)值模擬方面的重要進(jìn)展，全面揭示了印度洋中尺度與次中尺度過程的獨(dú)特動力特征與調(diào)控機(jī)制。研究表明，印度洋中尺度渦旋、鋒面及層結(jié)等過程，在孟加拉灣、阿拉伯海、厄加勒斯流系、Leeuwin流系等關(guān)鍵海域，表現(xiàn)出顯著區(qū)別于其他大洋的動力學(xué)特征：在季風(fēng)強(qiáng)迫、鹽度層結(jié)與復(fù)雜地形的聯(lián)合調(diào)控下，這些動力過程呈現(xiàn)顯著的季節(jié)變化及雙向能量級聯(lián)結(jié)構(gòu)（圖1）。其中，孟加拉灣的特征最為典型：強(qiáng)降水和河流淡水輸入形成厚障礙層與強(qiáng)鹽度鋒面，使次中尺度過程呈現(xiàn)出獨(dú)特的季節(jié)雙峰結(jié)構(gòu)與物理-生態(tài)解耦現(xiàn)象。這一系列發(fā)現(xiàn)表明，印度洋并非太平洋和大西洋的“附庸系統(tǒng)”，而是具有獨(dú)立中小尺度動力學(xué)體系的關(guān)鍵海盆。

圖1 印度洋中尺度和次中尺度動力過程的空間格局及機(jī)制概述

團(tuán)隊進(jìn)一步證實(shí)，印度洋中尺度與次中尺度過程是連接季風(fēng)環(huán)流與小尺度湍流的關(guān)鍵橋梁，在氣候系統(tǒng)中扮演“放大器”和“調(diào)制器”的雙重角色。它們通過調(diào)控垂向熱鹽交換、鋒生過程及障礙層演變，顯著影響海氣通量、營養(yǎng)鹽輸運(yùn)、低氧區(qū)演變以及熱帶氣旋強(qiáng)度，并對印度洋偶極子（IOD）、季節(jié)內(nèi)振蕩（MJO/MISO）等關(guān)鍵氣候模態(tài)產(chǎn)生重要調(diào)制作用（圖2）。研究同時指出，印度洋中小尺度過程研究已實(shí)現(xiàn)從“看不見”到“可解析”的關(guān)鍵技術(shù)與理論跨越，但仍面臨觀測覆蓋不均、高分辨率模擬不足以及參數(shù)化方案精度有限等瓶頸。針對這些難題，論文提出了以分級立體觀測體系建設(shè)、高分辨率耦合模擬以及人工智能驅(qū)動的參數(shù)化與數(shù)據(jù)同化為核心的未來發(fā)展路徑。

圖2 印度洋關(guān)鍵多尺度物理過程與生物地球化學(xué)聯(lián)動的示意圖

該研究是國際上首個針對印度洋中尺度與次中尺度過程的系統(tǒng)性跨學(xué)科綜述，具有重要的里程碑意義。在理論層面，研究明確了季風(fēng)海洋中小尺度過程在氣候系統(tǒng)中從“背景噪聲”到“多尺度橋梁”的結(jié)構(gòu)性角色轉(zhuǎn)變，推動構(gòu)建季風(fēng)海洋多尺度耦合的新理論框架，完善全球海洋動力學(xué)體系。在認(rèn)知層面，研究重新定義了印度洋多尺度動力系統(tǒng)在全球氣候系統(tǒng)中的地位：從傳統(tǒng)認(rèn)知的被動響應(yīng)者轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂兄匾{(diào)控作用的主動驅(qū)動者；在應(yīng)用層面，相關(guān)成果為提升季風(fēng)預(yù)測精度、熱帶氣旋預(yù)警水平、海洋碳匯評估及生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供了重要科學(xué)支撐，對“一帶一路”框架下熱帶海洋研究與區(qū)域氣候?yàn)?zāi)害防控具有重要應(yīng)用價值。

南方海洋實(shí)驗(yàn)室深海遠(yuǎn)洋多尺度動力過程創(chuàng)新團(tuán)隊首席科學(xué)家、上海交通大學(xué)周磊教授為該論文第一作者，團(tuán)隊首席科學(xué)家、中山大學(xué)王東曉教授為論文通訊作者。中山大學(xué)、上海交通大學(xué)、河海大學(xué)、自然資源部、廣州大學(xué)、南京信息工程大學(xué)、廈門大學(xué)及中國科學(xué)院相關(guān)研究所的科研人員共同參與了本項研究。

本研究得到了國家自然科學(xué)基金，南方海洋實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新團(tuán)隊建設(shè)經(jīng)費(fèi)、自主科研項目等的支持。

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2025RG000915

文 案：黃 科、王 麟

圖 片：黃 科、王 麟

編 輯：余文多

初 審：王東曉、周 磊

審 核：吳思銘

審 定：劉 梅

• 信息來源:南方海洋實(shí)驗(yàn)室。

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