南方海洋實驗室攜手中山大學海洋科學學院等揭示印度洋中小尺度動力過程，重塑海洋多尺度氣候認知！

長期以來，印度洋常被視為全球氣候系統中的“被動響應者”，其變化主要受太平洋和大西洋調控。然而，這一傳統認知正在被不斷重塑。作為全球第三大洋，印度洋吸收了超過四分之一的全球海洋凈熱量，直接影響近三分之一世界人口的氣候環境與糧食安全。在季風系統驅動、強鹽度層結、半封閉海盆結構以及印尼貫穿流共同作用下，印度洋呈現出區別于其他大洋的獨特多尺度動力體系。受觀測資料稀疏與數值模式分辨率不足的長期限制，傳統研究多聚焦于季風環流等大尺度動力過程，而中尺度（10–100 km）和次中尺度（0.1–10 km）過程長期被視為“次要擾動”甚至“背景噪聲”。近年來，隨著高分辨率衛星、現場觀測和數值模擬能力的快速提升，學界對這一問題的認識正在發生根本性轉變——印度洋中小尺度動力過程并非附屬擾動，而是驅動海洋能量級聯、物質輸運、海氣耦合、生物地球化學循環和氣候變異的關鍵環節。

論文發表截圖

立足這一研究背景，南方海洋科學與工程廣東省實驗室（珠海）[簡稱南方海洋實驗室]攜手中山大學海洋科學學院及國內多家海洋科研機構，在國際期刊《Reviews of Geophysics》上聯合發表綜述論文。

系統梳理并整合印度洋中尺度與次中尺度過程的動力機制、觀測進展、數模方法及其環境效應的最新進展，構建了面向季風海洋的跨尺度耦合新認知框架。

研究團隊系統梳理了近幾十年來在觀測、理論與數值模擬方面的重要進展，全面揭示了印度洋中尺度與次中尺度過程的獨特動力特征與調控機制。研究表明，印度洋中尺度渦旋、鋒面及層結等過程，在孟加拉灣、阿拉伯海、厄加勒斯流系、Leeuwin流系等關鍵海域，表現出顯著區別于其他大洋的動力學特征：在季風強迫、鹽度層結與復雜地形的聯合調控下，這些動力過程呈現顯著的季節變化及雙向能量級聯結構（圖1）。其中，孟加拉灣的特征最為典型：強降水和河流淡水輸入形成厚障礙層與強鹽度鋒面，使次中尺度過程呈現出獨特的季節雙峰結構與物理-生態解耦現象。這一系列發現表明，印度洋并非太平洋和大西洋的“附庸系統”，而是具有獨立中小尺度動力學體系的關鍵海盆。

圖1 印度洋中尺度和次中尺度動力過程的空間格局及機制概述

團隊進一步證實，印度洋中尺度與次中尺度過程是連接季風環流與小尺度湍流的關鍵橋梁，在氣候系統中扮演“放大器”和“調制器”的雙重角色。它們通過調控垂向熱鹽交換、鋒生過程及障礙層演變，顯著影響海氣通量、營養鹽輸運、低氧區演變以及熱帶氣旋強度，并對印度洋偶極子（IOD）、季節內振蕩（MJO/MISO）等關鍵氣候模態產生重要調制作用（圖2）。研究同時指出，印度洋中小尺度過程研究已實現從“看不見”到“可解析”的關鍵技術與理論跨越，但仍面臨觀測覆蓋不均、高分辨率模擬不足以及參數化方案精度有限等瓶頸。針對這些難題，論文提出了以分級立體觀測體系建設、高分辨率耦合模擬以及人工智能驅動的參數化與數據同化為核心的未來發展路徑。

圖2 印度洋關鍵多尺度物理過程與生物地球化學聯動的示意圖

該研究是國際上首個針對印度洋中尺度與次中尺度過程的系統性跨學科綜述，具有重要的里程碑意義。在理論層面，研究明確了季風海洋中小尺度過程在氣候系統中從“背景噪聲”到“多尺度橋梁”的結構性角色轉變，推動構建季風海洋多尺度耦合的新理論框架，完善全球海洋動力學體系。在認知層面，研究重新定義了印度洋多尺度動力系統在全球氣候系統中的地位：從傳統認知的被動響應者轉變為具有重要調控作用的主動驅動者；在應用層面，相關成果為提升季風預測精度、熱帶氣旋預警水平、海洋碳匯評估及生態環境保護提供了重要科學支撐，對“一帶一路”框架下熱帶海洋研究與區域氣候災害防控具有重要應用價值。

南方海洋實驗室深海遠洋多尺度動力過程創新團隊首席科學家、上海交通大學周磊教授為該論文第一作者，團隊首席科學家、中山大學王東曉教授為論文通訊作者。中山大學、上海交通大學、河海大學、自然資源部、廣州大學、南京信息工程大學、廈門大學及中國科學院相關研究所的科研人員共同參與了本項研究。

本研究得到了國家自然科學基金，南方海洋實驗室創新團隊建設經費、自主科研項目等的支持。

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2025RG000915

文 案：黃 科、王 麟

圖 片：黃 科、王 麟

編 輯：余文多

初 審：王東曉、周 磊

審 核：吳思銘

審 定：劉 梅

• 信息來源:南方海洋實驗室。

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