中尺度渦旋

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。 ^[1] 

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：一種是“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，使渦旋內部的水温比周圍海水低（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，渦旋內部水温比周圍水温高（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，尤以百慕大三角區為多。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。 ^[2] 

首先是中尺度渦對海表温度(SST)的影響，氣旋（反氣旋）式的中尺度渦對應着低（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，分別對應着氣旋渦和反氣旋渦。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，比如説它會改變了海氣的熱通量，這裏不作詳談。

其次是中尺度渦對温、鹽、粒子的輸運作用，即所謂的eddy flux。對温、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温度（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，這可能説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（或者説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。 ^[3] 

中尺度渦對海洋化學及生物環境也有着不可忽視的影響。比如説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上發表的一篇報道指出，在東北太平洋中脊處的一箇中尺度渦，正壓性特別強，影響深度可達海底，從而幫助了海底熱液出口處生物羣落的遷移，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佔有至關重要的位置。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，尚無定論，相關的報道十分匱乏。幾篇報道指出，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；此外還有報道指出，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。