近日，物理海洋教育部重点实验室在Journal of Physical Oceanography发表题为“Mesoscale Ocean–Atmosphere Coupling Effects on the North Pacific Subtropical Mode Water”（《中尺度海气耦合对北太平洋副热带模态水的影响》）的最新研究成果，揭示了黑潮延伸体区以海洋驱动大气为主的中尺度海气耦合对次海盆尺度北太平洋副热带模态水形成的关键作用及调控机理。该成果由实验室博士后于晶洁为第一作者，“青年英才工程”第一层次甘波澜教授为通讯作者的科研团队合作完成。

　　北太平洋副热带模态水（NPSTMW）作为海-气相互作用的产物，是中纬度海洋最重要的水文特征之一，在气候变化和物质能量输运中扮演着重要角色。传统观点认为，NPSTMW是大尺度海-气相互作用的产物，但以此为理论框架的传统低分辨率气候模式显著低估了NPSTMW的形成率。实际上，在NPSTMW的主要形成区—黑潮及其延伸体海域，存在复杂的多时空尺度海-气相互作用，特别是由海洋中尺度涡驱动的海-气相互作用在该区域十分活跃，然而，这种以海洋驱动大气为主的中尺度海气耦合在 NPSTMW形成中扮演着怎样的角色，目前尚不清楚。

　　本研究基于涡解析地球系统模式CESM（海洋10km、大气25km）对比试验，发现黑潮延伸体海区与中尺度涡密切相关的中尺度海温异常能够通过调制大气风暴轴的南移增强海表风速，导致海洋潜热释放的增加，从而促进NPSTMW的形成增加约25%。此外，由中尺度海气耦合引发的海洋潜热释放可以抵消由湍流混合和涡旋活动诱发的海洋垂向热输送，使得NPSTMW核心温度降低、核心密度增大。基于多源观测数据和CMIP6多种分辨率模式数据进一步研究发现，模式分辨率的提高，尤其是对海洋中尺度信号模拟的改善，能够极大地改进对NPSTMW厚度、体积及空间分布特征的模拟能力，改善幅度在耦合模式中远高于纯海洋模式。多模式间相关分析表明，精准辨识海洋中尺度过程及其与大气的相互作用，是模式准确刻画NPSTMW的关键所在（图1）。

图1：（a-b）CMIP6 HighResMIP模式中不同空间分辨率对北太平洋副热带模态水厚度与空间分布特征模拟的影响。（c）北太平洋副热带模态水体积与中尺度海气耦合强度的多模式间关系。

　　该研究强调了中尺度海-气相互作用对NPSTMW形成的关键作用，指出精准辨识中尺度海气耦合过程是准确刻画NPSTMW的重要指标，对改善气候模式在模态水及其气候效应模拟与预测方面具有重要意义。

文章引用：

YU J. -J., B. -L. Gan*, H. -Y. Yang, Z. -H. Chen, L. -X. Xu, and L. -X. Wu, 2024: Mesoscale Ocean-Atmosphere Coupling Effects on the North Pacific Subtropical Mode Water. Journal of Physical Oceanography, 54, 1467-1488,https://doi.org/10.1175/JPO-D-23-0148.1.