卫星测高揭示全球海洋中动能的远距离传递现象

本文通过卫星高度计观测和模型分析，首次系统揭示了全球海洋表层动能（KE）级联过程存在显著的‘空间非局地性’。所谓‘非局地’，是指大尺度运动损失的动能并不全部就地转化为小尺度动能，而是有一部分通过残余动能（residual KE）的空间输送，被运送到数百甚至上千公里外的其他海域，从而维持全球能量平衡。研究团队创新性地构建了一个包含大尺度、小尺度和残余动能三部分的诊断框架（区别于传统仅关注大/小尺度动能预算的方法），并基于24年（1994–2017）高精度卫星高度计数据（AVISO）进行验证。结果表明：在全球74%–98%的海域，动能级联均呈现非局地特征；在黑潮延伸体、湾流和南大洋等能量活跃区，这种非局地性最强，其中残余动能可占总动能的50%左右。进一步分析显示，该现象并非观测误差或数据处理假象——它同样清晰存在于ECCO2和MITgcm高分辨率海洋模型中，且在亚中尺度（6–1000 km）范围内依然存在。文章强调，残余动能不是计算‘副产品’，而是真实物理量，源于速度场空间滤波时大、小尺度运动矢量夹角产生的交叉项（即ρu_L·u_S），其空间输送（JR项）正是驱动非局地级联的关键机制。这一发现挑战了经典能量级联理论中‘能量仅在邻近尺度间局地传递’的隐含假设，为解释全球海面高度（SSH）和动能谱斜率的空间变异提供了新物理基础，也为发展更准确的海洋模式与参数化方案指明了方向。