近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室海洋动力热力过程及其环境效应研究团队，在全球中尺度涡旋经向热盐输运的三维结构特征研究方面取得新进展。相关研究成果以“Distinct vertical structures of global eddy heat and salt transports revealed by altimetry and Argo observations”为题，发表在Geophysical Research Letters上。
海洋中尺度涡旋广泛分布于全球大洋，其空间尺度约为几十至数百公里，生命周期从数周到数月不等，是海洋环流系统中最活跃、最具能量的动力过程之一。这些涡旋通过裹挟与搅拌等过程，广泛参与海洋热量与盐分的再分配，对全球海洋环流和气候系统具有重要影响。然而，卫星观测仅能提供海表信息，而数值模式虽可给出次表层结果，但大多聚焦于深度积分通量，且与观测存在较大偏差。因此，涡旋热盐输运的全球三维结构特征仍缺乏清晰认识。
本研究利用近二十多年的卫星高度计与Argo浮标全球观测数据，首先重构了中尺度涡旋的垂向结构，并据此将海表涡旋流速延拓至海洋内部；进一步结合Argo温盐剖面，估算了全球海洋上层1800米的涡致经向热盐输运，揭示了两者显著不同的三维分布特征（图1）。
研究发现，在上层海洋，涡旋主要将热量向极地方向输送，与以往基于卫星观测的估算结果一致；随着深度增加，输运方向逐渐转为向赤道输送，这一反转在副热带5°–40°纬度带最为显著。反转深度随纬度系统性加深，在热带约为100米，在副热带可达约300米，这一垂向反转特征在三大洋盆中均有体现。由于上下层输运方向相反，垂向积分后发生明显抵消，使涡旋对全球经向热量输运的净贡献相对有限。总体而言，垂向积分后，涡旋在副热带地区削弱了背景向极的热量输运，而在中高纬度地区则起到增强作用。
相比之下，涡旋盐分输运表现为明显的纬度依赖性，其垂向结构相对一致。在低纬度地区，盐分主要向赤道输送，且集中于300米以浅；而在中纬度地区，则呈现强烈的极向输运，并可向下延伸至约1000米深度。涡旋盐分输运在中纬度地区对全球经向盐分总输运的贡献接近50%，是维持全球海洋盐度平衡不可忽视的重要因素。
两者差异的主要原因在于背景温盐梯度的不同。海表温度由赤道向两极单调递减，对应的涡旋热量输运在上层海洋朝向极地；但随深度增加，温度最大值逐渐偏移至副热带，背景温度梯度方向发生反转，导致涡旋热量输运随深度改变方向。盐度分布则主要受蒸发-降水格局控制，在副热带蒸发区形成盐度最大值，背景盐度梯度随深度变化不大，因此涡旋盐分输运在垂向上保持一致。涡致热盐输运方向整体呈现顺梯度特征，与理论预期相符。
该研究从全球尺度揭示了海洋中尺度涡旋热盐输运的不同三维结构，为理解海洋内部热盐再分配、改进海洋能量与物质输运参数化以及提升气候模式模拟能力提供了重要观测依据。
图1 全球时均涡致经向热盐输运垂向分布特征
该论文的第一作者为博士后王祥鹏，通讯作者为研究员杜岩和南方海洋科学与工程广东省实验室副研究员倪钦彪，合作者包括英国东安格利亚大学副教授翟晓明、英国牛津大学教授Helen L. Johnson和挪威奥斯陆大学教授Joseph H. LaCasce。该研究获得国家自然科学基、南方海洋科学与工程广东省实验室项目和中国科学院项目的联合资助。
论文信息：Wang, X., Zhai, X., Johnson, H. L., LaCasce, J. H., Ni, Q.*, & Du, Y*. (2026). Distinct vertical structures of global eddy heat and salt transports revealed by altimetry and Argo observations. Geophysical Research Letters, 53, e2026GL122168.
原文链接：https://doi.org/10.1029/2026GL122168
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