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科研进展 | SWOT瞬时海面高度场的动力分解

2025/06/18点击次数:

近日,厦门大学海洋生物地球化学全国重点实验室、海洋与地球学院刘志宇教授研究组联合南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)王传印副研究员等在海洋多尺度动力学研究领域取得新进展,相关成果发表于地学领域权威期刊Geophysical Research LettersOcean Modelling.

海洋多尺度相互作用是物理海洋学的重大前沿领域,而多尺度运动分解是揭示多尺度相互作用机理与量化跨尺度能量传递的关键环节。当前学界普遍采用的多尺度运动分解方法本质上均基于时间或空间尺度分离,因而难以准确区分时-空尺度相近、但动力属性迥异的不同运动过程,这一局限严重制约了海洋多尺度相互作用理论的发展。针对这一科学难题,刘志宇教授研究组开展了系统性探索:前期研究中,针对基于高分辨数值模拟数据的多尺度相互作用机理研究与次网格过程参数化发展需要,研究团队提出了连续时间物理场中非平衡运动(包括正压潮、内波)与平衡运动(包括大尺度环流、中尺度涡、亚中尺度过程)的动力分解理论与方法,并由此导出了两类运动的控制方程(Wang, Liu* et al., 2023a,b)。近期,面向可分辨亚中尺度的SWOT卫星数据定量化科学应用需求,研究团队参照数值天气预报中的初始化问题,通过额外引入海表面流速数据,利用内波不携带位势涡度异常这一地球物理流体力学基本性质,建立了由海面高度场中分离出非平衡运动与平衡运动的方法。该方法通过高分辨率数值模拟(MITgcm LLC4320;图1)和实际海洋观测数据(SWOT海表面高度与高频地波雷达海表面流速;图2)的双重检验,证实了其有效性和实用价值(Wang, Liu* et al., 2025a,b)。该系列工作为海洋多尺度相互作用机理研究及SWOT卫星数据的科学应用奠定了重要的理论与方法学基础。相关代码业已公开,欢迎同行专家测试应用并提出宝贵意见。

图1. MITgcm LLC4320数据的非平衡-平衡运动分离


图2. SWOT/高频地波雷达数据的非平衡-平衡运动分离


上述系列研究论文的第一作者为厦门大学物理海洋学专业2022届博士毕业生王传印(现为南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)副研究员),通讯作者为厦门大学刘志宇教授。合作者包括厦门大学林宏阳教授、巴西圣保罗大学Cesar Rocha教授,以及南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)陈大可院士、杨清华教授、倪钦彪研究员。该系列研究得到科技部重点研发项目(2023YFE0126700, 2023YFF0805502)、南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)自主科研项目(SML2022SP401, 2023SP207)、国家自然科学基金项目(92258301, 42406021, 42076013)以及福建省自然科学基金项目(2021J02005, 2021J01024)等的联合资助。


Wang C., Liu Z.*, and Lin H. (2023a), On dynamical decomposition of multiscale oceanic motions, Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 15(3), e2022MS003556.

Wang C., Liu Z.*, and Lin H. (2023b), A simple approach for disentangling vortical and wavy motions of oceanic flows, Journal of Physical Oceanography, 53(5), 1237–1249.

Wang, C., Liu, Z. *, Lin, H., Rocha, C., Yang, Q., Chen, D., & Gong, J. (2025a). Disentangling wavy and vortical motions in concurrent snapshots of the sea surface height and velocity, Ocean Modelling, 196, 102556.

Wang, C., Liu, Z. *, Lin, H., Chen, D., Yang, Q., & Ni, Q. (2025b). A practical separation of oceanic vortical and wavy motions entangled in the SWOT measurements, Geophysical Research Letters, 52(12), e2024GL113995.


https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2022MS003556

https://journals.ametsoc.org/view/journals/phoc/aop/JPO-D-22-0148.1/JPO-D-22-0148.1.xml

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1463500325000599

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2024GL113995


供稿|王传印 刘志宇

编辑|苏颖 朱佳

排版|陈蕾

审核|李骁麟 庄伟