中國近海中尺度渦分區分類與影響初探

關鍵詞：渦波流相互作用;能量串級;中尺度海氣相互作用;中觀生態系統動力學;影響區劃

0 引言

海洋動力過程的時空尺度復雜多樣，總體而言，中尺度運動是決定性力量。海洋中尺度渦在中尺度運動中舉足輕重，是海洋總動能的主體[1]。作為海洋動力背景，海洋中尺度渦對海洋地貌（尤其是近岸、淺海和陸架沉積）與海洋生態系統的維持和演化起著主導作用。就全球海洋而言，中尺度強渦旋主要分布在大洋西部的副熱帶海區，以強西邊界流區最為顯著。我國海洋屬于副熱帶西太平洋邊緣海，鑒于中尺度渦運動的隨機性和非定常性[2]，為便于系統性地探討科學問題，本研究中的中國近海泛指中國陸緣海及毗鄰的大洋關鍵海域，尤其是鄰近的黑潮流域。受季風、黑潮和復雜地形的影響，中國近海的中尺度渦現象十分豐富。

早在18世紀90年代，學者就提出北大西洋灣流兩側海溫呈現出“渦旋”結構[3]。有關海洋中尺度渦的初期觀測可追溯至20世紀30年代[4]，隨后海洋學家在20世紀40年代對渦旋進行有針對性的測量[5]，并于20世紀60年代完成有關渦旋動力學的調查報告[6]。自此，各國在北大西洋組織了一系列較大型觀測試驗，其中以1970年蘇聯的“多邊形試驗（POLYGON）”、1973年美英合作的“中大洋動力學試驗（MODE）”和1975 年美蘇主導的“POLYMODE試驗”為代表，明確大洋中尺度渦的存在并對其特征進行描述[7]。此前人們已關注近岸和陸架的海洋中尺度渦[8]，后續就其在跨陸架交換[9-10]及其對極端海平面、海洋環境、生態災害和漁業資源的影響等方面取得系列成果[11-17]。

海洋中尺度渦具有尺度較大、變異較快、動態遷移等非定常性特點，這使得通過現場觀測完全獲得快速演變的中尺度渦精細化三維結構甚為困難。①錨定觀測系統雖可實現對中尺度渦的高時間分辨率觀測，但受技術、成本和最小布放距離的限制，其空間分辨率卻較低。尤其是錨定觀測系統只能被動捕獲中尺度渦，而無法實現對中尺度渦的實時追蹤和跟蹤觀測。②隨著衛星高度計的發展，海洋學家能夠獲得準同步的海表觀測數據，但衛星高度計無法提供中尺度渦的垂向結構信息[18]，尤其無法觀測次表層和深層渦旋[19-21]。為此，研究者通常將衛星高度計與調查船或錨系陣列相結合，以進行中尺度渦三維結構的觀測，然而較低的分辨率使其無法為中尺度渦的結構重構提供足夠多的數據。③Argo全球海洋觀測網首次形成全球海洋上層1000～2000m 范圍內溫鹽數據的密集覆蓋，伴隨Argo浮標觀測系統的日趨完善，海洋學家采用衛星高度計與Argo浮標聯合觀測，針對中尺度渦開展從海表到深層次的調查研究。然而因其較為粗糙的空間分辨率（300km）和時間分辨率（10d）[22]，得到的中尺度渦垂向結構仍差別較大，且無法揭示特定渦旋在生命周期不同階段的動力演變特征。④水下滑翔機可通過多任務并行觀測和分布式同步獲取以研究各種時間和空間尺度現象[23]，在一定程度上彌補Argo浮標在中尺度渦觀測上的缺陷。⑤計算機技術的發展促進海洋中尺度渦的數值模擬研究[24-26]，海洋預報模式尤其是區域計算模式已能滿足渦分辨的要求[27-28]，然而目前單一的觀測和模擬手段很難對海洋中尺度渦的整體運動進行完整描述。

海洋中尺度渦的探測識別和示追蹤是中尺度渦研究的重要前提和關鍵技術，衛星高度計數據被廣泛用于中尺度渦的探測和追蹤。傳統探測識別方法以物理參數法[29-30]和流場幾何法[1，31-33]為主;示追蹤方法除基于拉格朗日觀點的示蹤物方法外，以像元標記法[34]和聚類搜索法（如最鄰近法和相似度法）[35-36]為主。此外，為綜合描述海洋中尺度渦，基于滑翔機和衛星高度計等多觀測平臺追蹤海洋中尺度渦的技術成為當前重要的發展方向。探測檢測和識別技術的發展可為海洋中尺度渦的示追蹤提供重要研究基礎，為適應渦旋形態結構和運動狀態的動態變化，海洋中尺度渦檢測識別技術逐步向智能高效的機器學習方向發展，其中以深度學習方法為代表，分別針對SSH/SLA、SST、流場、遙感圖像以及多源融合數據等大數據條件開展渦旋檢測[37-41]。雖然渦旋檢測的機器學習方法通過魯棒高層語義呈現精度高、效率高、誤差小的優勢，但訓練神經網絡等步驟對算法和算力提出較高要求。

20世紀80年代中期，針對黑潮和副熱帶環流的中日聯合調查促進我國對海洋中尺度渦的研究，隨著調查和研究的系統深入，我國在海洋中尺度渦的三維結構、移動傳播機制機理和動力影響，以及基于海洋中尺度渦的模式模擬和預報預測等方面的研究能力不斷提高。鑒于海洋能量和物質配置嚴重影響全球氣候變遷、海洋環境演變和生態系統分布，本研究著眼于海洋中尺度渦豐富的熱動力學內涵，依據中國近海海洋中尺度渦的動能分區，關注不同區域中尺度渦的分異特征，梳理中尺度渦的共性特征規律，圍繞中尺度渦的生成、屬性特征、演化規律，尤其關注其尺度局限與尺度關聯，綜述主要科學問題和研究進展，并落腳于海洋中尺度渦在中國近海各分區的變化變率、機制機理和區域影響，探討提出若干研究建議，以期提高對海洋中尺度渦及其氣候環境和生態效應以及致害致災風險的新認識，從而為我國海洋環境和生態安全保障提供科技支撐。

1 中尺度渦的分區與分類

中尺度渦的影響深度極大，屬于深厚的海洋系統。海洋中尺度渦的動能量通常超過平均流能量1個數量級或更多[42]，而中尺度渦動能的分配格局并非均勻一致，主要受控于海洋強流的分布與海流的不穩定性程度。鑒于渦場動能主要集中在表層，本研究將渦旋表層動能分區作為中國近海中尺度渦時空分異的基礎依據。中國近海的中尺度渦分區主要有4個，分別為中國沿岸和近岸區、黃東海陸架區、南海區以及副熱帶逆流區和黑潮延伸體區（或稱泛近海區）（圖1）。

通常，海洋中尺度渦可按旋轉方向（極性）分為氣旋渦（或稱冷渦，非嚴格意義）和反氣旋渦（暖渦），由于產生的動力效應及其差異的影響，不同極性海洋中尺度渦及其內外部的水文動力和聲環境等物理要素以及生物化學等參數的分布和變化差異顯著（下文具體分析）。本研究涉及的其他分類方法包括：按生成位置可分為表層中尺度渦和次表層中尺度渦[43]，按生命周期可分為短周期中尺度渦和長周期中尺度渦[44-45]，按移動方向主要可分為西向傳播中尺度渦和東向傳播中尺度渦[46]，按動力機制可分為正壓渦和斜壓渦[47]。此外，可按運動整體和三維結構等進行分類[48-49]，本研究不作贅述。從產生區域而言，邊緣海中尺度渦多屬于鋒面中尺度渦，主要包括源于強西邊界流及其延伸體或洋流跨越海峽時產生的流環、流渦或渦環（有別于中尺度流套和次中尺度渦絲等流態），與西邊界流的彎曲密切相關[50-51]。

2 中尺度渦的尺度局限

海洋中尺度渦的發現促進海洋學研究由海洋氣候學向海洋天氣學的發展，使得對海洋的認識由宏觀視野進入中觀核心。由于不同海區渦旋生成和發展的影響因素不同，渦旋的形態與動力學參數亦有所不同。即使在同一海區的相鄰時段內，渦旋的動態性也會使分析結果有所差異。兼顧中尺度渦較強的局地性、地域性和非定常性[52]，本研究從尺度局限和時空統一的角度，圍繞海洋中尺度渦運動的基礎特性、共性特征與動力學本質[53]進行探討，以期更全面深刻地認識海洋中尺度渦的分異區劃及其影響。

海洋中尺度渦在本質上具有天氣尺度運動所具備的動力學特征，其運動尺度介于潮汐、波浪等短周期運動與洋流等大尺度過程之間，消長周期一般短于年際、年代際等低頻變化過程。準地轉約束下的海洋中尺度渦保持相對穩定的旋轉結構，其形成的閉合流線是其區別于流套、鋒面、射流等海洋中尺度現象的重要特征。在準地轉控制和旋轉的適應下，由于能量最低原理與位渦守恒的限制，局地位渦異常是海洋中尺度渦重要的局地化表現[18]。與羅斯貝波相似，海洋中尺度渦能在β效應的作用下持續遷移，且通常具有西向運動的特征（強流綜合影響除外）[47，54-55]。更重要的是，中尺度渦可同時輸運質量和能量，明顯有別于只傳輸能量的羅斯貝波。此外，中尺度渦在西向傳播的同時伴有經向傳播，且在渦-渦相互作用下，中尺度渦的傳播方向還存在隨機性[2]。中尺度運動的適應屬非線性問題，海洋中尺度渦的旋轉速度往往大于移動速度，攜帶水體移動時體現出很強的非線性。研究還發現，渦旋的極性與其脫落于洋流的方位存在緊密關系[56]。

3 中尺度渦的尺度關聯

海洋中尺度渦可以看作海洋氣候平均流動基礎上的以旋轉和遷移為運動方式的海洋中尺度變異或中等尺度的海洋振蕩，其含義更貼近于擾動[57]。本研究進一步從尺度關聯的角度，圍繞中尺度渦擾動激發、傳播、串級和能量耗散等過程進行探討，進而為深入認識海洋中尺度渦的發生發展、機制機理和作用影響提供科學基礎。

從動力學角度而言，海洋中尺度渦一般產生于風應力旋度、海流不穩定性和地形條件等，主要包括風應力埃克曼抽吸強迫[58]、地形及其急流效應[59]、大尺度背景流的正壓與斜壓不穩定性[60]、鋒面動力[61]以及中尺度渦合并分裂過程[62-64]。風驅機制多發生于弱流區[65]或地形引起的風應力旋度盛行區[66]。強流海域或熱動力梯度大值區（如鋒面）是動力不穩定機制的主要控制區[67]。此外，近岸中尺度渦多由沿岸急流、鋒面不穩定或近岸波動激發[68]。關于海洋中尺度渦移動傳播和消亡機制的研究較少。有研究指出，渦旋向西移動緣于科氏力和渦旋旋轉效應的作用平衡。海洋渦旋的移動也受背景流、海面風應力的影響[69-71]。同時，地形可造成渦旋分裂、變性，并伴隨產生能量、動量、溫鹽輸送等向更小尺度的演化[72]。

從能量學而言，海洋的能量經風力和潮汐等作用過程輸入，并在不同空間尺度上轉化（能量串級）以至耗散[73]。由于地轉適應過程的影響，不同緯度渦場能量的體現形式不同，其中高緯度海區以有效重力位能為主，中低緯度海區則體現為渦動能。海洋中尺度渦動能主要來源于大尺度勢能轉化[74]，受局地大氣強迫和波動[75]、潮汐[76]以及海流正壓與局地或非局地斜壓不穩定[77]等過程的調制，主頻呈現為季節和年際變化[77-80]。在中低緯度的西邊界強流或回流區，渦動能量的年際甚至年代際低頻振蕩更顯突出，相關復雜機制可由風應力旋度強迫的斜壓羅斯貝波和渦流相互作用等高度非線性過程加以解釋[81-83]。而在副熱帶邊緣海區，風應力旋度則是導致渦場動能振蕩的重要因素[84-86]。由于海洋表層動能主要呈現為反級串過程，渦動能量耗散更多發生于深層次海洋，其中海洋深層近慣性振蕩、海洋內波（如內孤立波）和海洋鋒對消耗中尺度渦能量起重要作用[87-89]。

海洋中尺度渦的生成、維持及消亡實現海洋能量在湍流尺度至行星尺度各不同尺度之間的傳遞。海洋中尺度渦旋動能占海洋總動能的比重高達90%[90]，其能量不僅通過調控次中尺度等高頻海洋運動[91]串級至渦動（旋轉模態）或湍動（波動模態）等耗散尺度，還可通過逆梯度過程反串級至平均流，影響大尺度海洋流動[92-93]，其間體現中尺度渦從擾動生成、傳遞到耗散的能量級聯（串級與反串級）和生消過程。綜上所述，渦動能量級聯與源匯效應過程包括渦與風場相互作用[71，94]、渦流相互作用[60，95]、渦與內波相互作用[96]、不同極性渦相互誘生與作用[97]、渦對慣性振蕩的影響[98]、渦致跨等密面混合[99]以及地形邊界對中尺度渦能量的吸收與擴散[100]等。除渦、波和流相互作用的過程外，其間還存在不同流態和模態的轉化[101]。例如：渦旋移動通過位渦梯度和動量通量散度的變化改變平均流強度[102]，而平均流則可通過平流輸送凈渦通量，改變中尺度渦的結構。一般的渦通量指向平均流的左側，也即反饋過程遵循左手規則[103]。此外，作為能量串級的關鍵環節，海洋中尺度渦鏈接不同時間尺度變率[104-109]。總之，海洋中尺度渦在海洋能量傳遞、交換中扮演極其重要的角色。須指出的是，海洋中尺度渦的三維結構在很大程度上控制其強度、壽命和消亡等特征[110]，正確理解中尺度渦的三維結構可促進對大尺度洋流、中尺度渦及亞中尺度等中小尺度流場之間能量串級的認識[111]。

4 中尺度渦的影響

4.1 影響概述

中尺度渦是海洋輸運動量、熱鹽、碳和營養、懸浮物和沉積物、污染和輻射等的重要機制[112-122]，作為海洋水體輸運質量、動量、熱量和能量的承載媒介[123-125]，海洋中尺度渦對大洋環流[126-128，91]、海洋混合和層化（混合層、溫躍層和障礙層）[129-131]、海洋鋒面和水團分布[132-134]、海洋能量平衡[135-136]、海洋物理（如聲環境）和地質過程[137-138]、海氣相互作用以及天氣和氣候變化[139-143]、海洋生物地球化學循環[144-146]、海洋生態生境（包括深海生物生態）和海洋初級生產力[147-149]以及生態災害[14，150]等方面都有著重要影響。

中尺度渦內部海水的物理化學等性質與周圍海水相比有相當大的差異，并對途經的水文動力和生態環境等有重要影響。海洋中尺度渦的遷移以西向傳播為主，在不小于16周的渦旋中，西向傳播的約占75%，經向偏移一般限制在10°范圍內，其輸運的水體能夠達到30～40Sv（1Sv=106 m3/s）[123]。通過示蹤粒子法模擬得出，在第55天時93%的質點將跟隨渦旋運動，僅7%的質點中途與渦旋分離[151]。研究表明，超過50% 的海面高度變化由振幅在5～25cm、直徑在100～200km 的中尺度渦造成[56]。數據顯示，中尺度渦的影響深度可超過1000m，其中氣旋冷渦導致的核心溫度異常可達-6.5℃[152];渦旋引起的負鹽度異常約為-0.75psu，溶解氧濃度異常約為160μmol/kg，渦內捕獲的平均西向正熱輸送異常和鹽輸送量分別約為85×1012 W 和-2.2×106kg/s[45]。研究發現，海洋中尺度渦對葉綠素的分布、富集和遷移等過程具有重要影響，如反氣旋渦可將3000～6000km3的近岸水向西遷移1000km[153]，并可富集超過50%的葉綠素，富集率約為80%[154]。需要說明的是，在不同的時期、海域和水體本底環境中，中尺度渦影響下的葉綠素變化和機制差異明顯[155]（其他要素同理）。渦攜帶、渦對流、渦致層化、渦抽吸及渦致埃克曼抽吸等多種機制均可影響葉綠素變化[156-159]。此外，渦旋內部的鐵元素含量與周圍水體相比可差2個量級[160]。海洋中尺度渦在很大程度上影響海洋熱動力環境，主導和調控海洋的能量收支與平衡。研究顯示，海洋中尺度渦可引起超過120m 的溫躍層深度變動，以及高達1m/s的背景流速變化[161]。全球1/3的海洋熱輸送變化產生于渦致熱輸送機制，全球海洋熱輸運的季節和年際變化由此受到調制[162]。中尺度渦還可影響水下聲場和聲傳播，造成渦內外20～40db的聲傳播相差[163]，從而對水下通信和探測、漁業捕撈、艦艇航行和船舶運輸、海上軍事活動與海上交通安全造成極大影響[164]。

海洋對大氣的強迫主要集中于海洋中尺度過程，中尺度海氣相互作用是氣候系統變化、耦合反饋機制和預報預測研究極為重要的內容[165-167]。海洋中尺度渦是上層海洋熱動力過程和中尺度海氣相互作用的關鍵因素。就上層海洋熱動力而言，海洋中尺度渦可加強跨等密度面混合過程，加深混合層和溫度躍層，促進模態水的形成[168]和潛沉[169]，并通過溫躍層通風影響混合層熱平衡，反饋于局地氣候狀況。海洋中尺度渦可誘發海表溫度季節內變化，并作為熱力源激發海氣界面湍流熱通量[170-171]、海面氣溫、邊界層高度等[172]同位相的季節內變化，影響大氣瞬變擾動[173]，導致大氣環流結構（風場風速）發生改變[174-175]，強迫局地大氣強對流[176]，引起風暴軸的增強和位置偏移[177]，進而改變大氣物質能量與水汽的輸送，觸發天氣尺度系統活動（如降水[178]），引發氣候和環境變異。此外，海洋中尺度渦對熱帶氣旋的增強、中緯度氣旋的生成以及急流位置均有重要影響[179-180]。需要指出的是，有關海洋渦旋尺度變化對大氣作用的定量評估是未來天氣和氣候動力學研究的重要方向，同時深入闡釋海洋中尺度渦在上層海洋熱動力中的作用及其產生的大氣響應也是提升氣候模式模擬、數據同化及預報預測能力的重要前提。

4.2 中國近海分區域影響

4.2.1 中國沿岸和近岸區

海洋沿岸和近岸的中尺度渦與大氣低頻振蕩、海流季節內變化，尤其是沿岸流不穩定性（基流切變）以及沿岸捕獲波密切相關[181]。中國沿岸和近岸流區（主要包括遼東沿岸流、魯北沿岸流、蘇北沿岸流和浙閩沿岸流）可見中尺度渦動能高值（圖1），可能對應沿岸流、地形急流、各類強鋒面的不穩定以及亞潮波振蕩等，然而少見對相關海區中尺度渦的分析研究。中國沿岸和近岸海域是浮游植物繁生、魚類棲息活動的主要場所，因此加強沿岸、近岸和陸架區域中尺度渦及其影響研究具有重要的科學與實踐意義。

4.2.2 黃東海陸架區

黃東海陸架區的渦旋包括沿等深線運動型、陸架淺海生成向深海傳播型以及自西北太平洋海域入侵型等類型。受黑潮、陸架地形結構的影響，黃東海陸架邊緣區的中尺度渦一般屬鋒面中尺度渦旋，以沿等深線運動型的數量最多，且渦旋的季節分布與東海黑潮鋒面和路徑的變化有關[182-183]。海洋中尺度渦在黃東海陸架水交換中起重要作用[184]。早期研究表明，流系的相互配合及流速的水平切變是東海北部渦旋存在的主要原因[185]。近期模式結果顯示，東海黑潮兩側區域渦旋的生成主要由水平剪切造成的正壓不穩定以及浮力通量做功引起的斜壓不穩定導致[26，186]。另有研究指出，在渦旋較為活躍的中國臺灣以東海域的中尺度渦也會對黑潮路徑、流速和輸運產生明顯影響[187-190]，并作用于黑潮鋒面的湍流混合[191]。衛星遙感分析發現，中國臺灣東北海域的中尺度暖渦向岸運移可誘導上升流[192]。初步分析表明，中尺度渦對黃東海生物資源尤其是經濟魚類的“三場一通道”（產卵場、索餌場、越冬場和洄游通道）具有重要影響[193]。

4.2.3 南海區

在地形、季風及黑潮等諸多因素的共同作用下，南海區的中尺度渦呈復雜多渦結構[194]，主要分布在臺灣島和呂宋島西部及越南東部沿海[33]（圖1）。南海區的中尺度渦存在明顯季節差異和較強年際變化[195-196]。衛星觀測及模式數據分析顯示，由于風場變化，春季有利于反氣旋渦生成，而秋季有利于氣旋渦生成[197]。模擬結果表明，渦旋的三維結構主要分為碗型、棱鏡型和錐型，南海區的渦旋絕大部分屬于碗型[49]。研究發現，南海區的中尺度渦能夠延伸至海底，且由于邊緣海地形β效應的作用呈現獨特的傾斜結構，同時中尺度渦在消亡過程中會將大部分能量正級串于亞中尺度過程，垂向混合和底摩擦的能量耗散作用則相對較弱[198]。另有研究進一步從長壽渦列、駐波模態和羅斯貝標準模等角度探討南海區中尺度渦的宏觀特征[199]。針對南海區中尺度渦生成和變化機制的研究表明，除風擾動、地形、岸線以及大洋波動和慣性效應等共同作用外[66，200-202]，邊界急流鋒面、正渦度平流輸入和黑潮斜壓不穩定可激發、導致和脫落出中尺度渦[203]。隨著觀測資料的豐富，研究發現南海區次表層渦旋[204]，并對南海區中尺度渦進行能量學診斷分析[205-206]，同時對其可預報性開展實驗驗證工作[207]。研究發現，南海區的中尺度渦可誘導跨陸架流[9]，影響內潮、波動（包括內波、表面波和羅斯貝波等）和混合[208-211]，對熱鹽、陸坡沉積等能量物質輸運以及海洋初級生產、營養供應和生物生態動力學起著重要作用[212-213]，而且通過海氣熱通量交換等過程影響風場、熱帶氣旋等天氣系統[214-216]，并對碳吸收（固碳和儲碳）具有顯著貢獻[217]。

4.2.4 副熱帶逆流區和黑潮延伸體區

西北太平洋有2條明顯的渦旋動能高值帶（圖1），分別為副熱帶逆流區和黑潮延伸體區，代表渦旋活動最為劇烈的區域[218-219]。流場斜壓不穩定是副熱帶逆流區具有較強渦動能的主要原因[74]。該海區的中尺度渦基本以羅斯貝波的傳播速度向西傳播[220]，其中反氣旋渦可通過調控黑潮流量及其波動[221]影響中國東海和南海的水文動力要素分布和變化[77]，因此本研究稱該區為泛近海區。值得關注的是，副熱帶逆流區的反氣旋渦對生物碳泵和全球碳循環具有重要意義[222]。

黑潮跨越近30個緯度，是全球海洋熱輸送的重要經向通道，且黑潮不同流段的變化互為影響，因此黑潮流域成為影響區域和全球海洋氣候變化的關鍵區域。由東太平洋風應力激發的斜壓羅斯貝波向西傳播，可通過強迫源區黑潮變異導致下游黑潮延伸體動力學狀態的變化[223-224]，因此海盆尺度風應力旋度對該區域中尺度渦的活躍程度起重要調控作用，也使該過程呈顯著的年代際振蕩特征[84，94，225]。進一步分析表明，年代際尺度渦強迫有利于發生黑潮大彎曲[60]，同時黑潮延伸體區的中尺度渦對ENSO 也有明顯響應[226]。研究顯示，黑潮延伸體區北側以反氣旋渦居多，而南側則氣旋渦占優勢[227]。黑潮延伸體流軸不穩定可脫落出渦旋[228]，脫落渦旋對副熱帶模態水性質有重要影響[132]。黑潮延伸體區不僅是黑潮流域多尺度相互作用最為強烈的區域[229]，也是研究中緯度海氣相互作用的典型關注區[230]。該海區黑潮通過平均流正壓、斜壓失穩以及正向能量串級將能量輸送給渦旋[231]，中尺度渦繼而引發海洋季節內振蕩，并通過海氣相互作用導致洋盆尺度的海洋變異[177，232-233]。因此，分析研究黑潮延伸體區中尺度渦的變化，對從整體理解黑潮的變異及其對中國近海海洋環境和天氣氣候的影響具有深刻意義[121，234]。

5 研究建議

海洋中尺度渦作為海洋動能的最主要載體，在海洋能量脅迫輸入、激發、傳遞、轉化以及耗散等能量串級的重要環節具有決定性地位。海洋中尺度渦重點鏈接上層海洋和低層大氣，涉及海洋物理、海洋化學、海洋生物和海洋地質過程的耦合作用。通過能量和物質的區際、域際和洋際輸運，海洋中尺度渦是多尺度海洋動力過程對海洋環境、生態生境、海洋資源以及天氣氣候變化影響的最主要體現者，也是海洋環境安全與災害風險治理研究中不容忽視的關鍵內容。為此，本研究針對中國近海的中尺度渦進行分區分類，并從中尺度渦的尺度局限和尺度關聯角度分述中國近海中尺度渦的變化、機制和影響。綜合分析結果，本研究提出2點研究建議，以期為我國海洋中尺度渦的系統深入研究提供必要的科學參考。

（1）構建高分辨率自適應立體觀測、探測和監測工程技術與應用平臺，發展動態檢測識別和追蹤的自動化與智能化技術方法體系，提高海洋中尺度渦預報預測和預評估能力。作為主要的基礎數據源，衛星海面高度計資料被廣泛用于海洋中尺度渦的分析研究。然而由于覆蓋面和遙測技術等原因[235]，目前針對中尺度渦精細化三維結構的研究仍缺乏精準的觀測數據，尤其受分辨率所限，現有數據不足以辨析中尺度和次中尺度渦旋及其垂向結構，且常忽略中尺度渦的動力學演化過程（如生成、合并、分裂、多核渦及消亡）和大尺度氣候變化影響。鑒于渦旋效應的定量描述存在困難，應加強海洋中尺度渦自適應觀測、探測和監測工程技術與應用平臺，采樣調查異構協同組網方案，多源數據檢測與融合，渦旋多參數復雜特征數據集，動態探測識別判定以及臨界分割與追蹤策略和算法，全息仿真設計等方面的基礎、支撐和應用技術研究。針對海洋中尺度渦產生的隨機性、形態不穩定性和遷移非線性等特點，構建精準、精確和精細化的海洋中尺度渦識別檢測和追蹤技術，基于自憶、自組織解析提升相關技術方法體系的自動化、動態化、智能化水平，并在此基礎上進一步加強對中尺度渦三維精細結構特征及亞（次）中尺度運動、擬序結構和動力學參數（包括強度擬能）的描述與建模，整體提升海洋中尺度渦自適應觀測和可預報性（主要包括預報、預測、預評估和預警）研究水平，逐步架構中國近海中尺度渦研究的基礎科學、工程技術和信息化體系。

（2）增強海洋中尺度渦尺度演繹分析和特異性研究，提升對海洋中尺度渦與生態、環境和氣候等級聯效應的深入理解，建立中觀生態動力學理論與耦合模型，探索海洋中尺度渦精細化災害風險預評估區劃和安全保障新途徑。鑒于中尺度渦的尺度局限性，應著眼于尺度關聯角度，發展尺度演繹新方法，分析中尺度渦的生成和動態演變機制以及渦能量的來源生成、傳遞耗散和低頻（季節性以上尺度）變化機制。從系統科學和復雜性科學角度，深入有關中尺度渦能量傳遞轉化串級及其對物質循環的影響等核心研究，尤其針對海洋中尺度渦發展濾波降噪和尺度空間構造新技術，加強基于尺度分離和重構的多尺度能量學分析。研究不同氣候變化情景下環境梯度等背景場的變遷與渦旋動力場的相互作用。在海洋中尺度渦普遍性研究和認識的基礎上，強調特異性研究，包括氣候變化下區域海洋中尺度渦的極性比率（比幅）、密集度、生消差（變差）、路徑響應，擾動波列的渦旋效應（相似度），冷暖渦相互調控及其輸運、混合、層化和邊界層動力效應，以及與全球變暖的互饋機制、級聯效應和臨界轉變等。從信息理論角度（如傳遞熵），發展中尺度海氣相互作用研究，分析海洋中尺度渦的海洋環流場調制和大氣非線性響應。加深對次表層等海洋內部中尺度渦的系統化和定量化研究，厘清深海過程與上層海洋（如通過近慣性振蕩）鏈接的中尺度動力響應、反饋和調控聯動機制。同時，構建描述海洋中尺度渦長周期變率的指標體系，建立天氣尺度、氣候與環境變化（如涉及碳交通量、碳源匯效應和碳循環）、生物生態影響以及致害致災風險的能量信息通道。值得提出的是，陸架海區對全球海洋初級生產力具有重要貢獻，作為海洋多尺度運動活躍區和海洋能量匯聚區，是實現海洋強國的戰略資源地[236]。尤其應大力提高海洋中尺度渦跨陸架傳播的氣候環境影響及海洋生態效應研究水平，建立和完善中觀海洋生態系統動力學的多學科理論體系和多過程非線性耦合模型。基于上述研究結果，不斷提高對海洋中尺度渦影響海洋氣候變化、海洋環境安全、海洋生態和漁業等資源分布的理解和認識，逐步探索海洋中尺度渦災害風險預測預評估、分級區劃和安全保障新途徑[237]。