本研究由Haibo Tang、Dongxiao Wang、Yeqiang Shu等来自中山大学、中国科学院南海海洋研究所、沈阳自动化研究所等机构的学者合作完成，发表于《Journal of Geophysical Research: Oceans》2025年第130卷，文章标题为”Vigorous forced submesoscale instability within an anticyclonic eddy during tropical cyclone ‘Haitang’ from glider array observations”。
海洋表面混合层(ML, mixed layer)是大气与海洋内部能量和物质交换的重要通道。亚中尺度过程(submesoscale processes)具有0.1-10 km的空间尺度，在全球能量平衡和上层热收支中起着关键作用。然而，极端天气条件下这些过程的演化机制仍不清楚，特别是在现场观测方面缺乏深入研究。南海作为西太平洋最大的边缘海，每年约有10.2个热带气旋(TC, tropical cyclone)经过其表面。热带气旋通过强风应力向海洋输入机械能，同时通过海气热交换从海洋获取大量热能。中尺度涡旋(eddies)在南海频繁出现，而热带气旋与中尺度涡旋的相互作用会显著影响亚中尺度不稳定性的发展。
研究团队于2017年7月14日至8月14日在南海北部部署了12台Sea-wing水下滑翔机(gliders)组成观测阵列。其中3台最大观测深度为300米，9台可达1000米。滑翔机装备了GPCTD传感器，测量精度为：电导率±0.0003 S·m⁻¹、温度±0.003°C、压力±0.1% dbar。采样间隔设为6秒，垂直分辨率约0.6米。
原始数据经过以下处理流程： 1) 使用glider工具箱校正热滞后效应 2) 质量控制后将数据投影到1米(垂直)×1公里(水平)的规则网格 3) 计算水平浮力梯度时考虑30公里的空间平滑尺度 4) 使用归一化涡旋合成方法表征变量在涡旋半径坐标中的分布
研究计算了多个关键物理参数： 1) 表面浮力通量(b₀)：包含海表热通量和淡水交换 2) 对流层深度(hc)：基于Taylor和Ferrari(2010)的方程 3) 等效热通量：包括由混合层斜压不稳定性(qbci)和沿锋面Ekman浮力通量(qebf)引起的等效热通量 4) Ertel位涡(PV, potential vorticity)：用于诊断亚中尺度不稳定性 5) 不稳定角(φrib)：区分不同类型的亚中尺度不稳定性
观测发现，在热带气旋”海棠”影响期间(约5天)，强迫对称不稳定性(SI, symmetric instability)和重力不稳定性(GI, gravitational instability)的发生概率是非TC时期(约25天)的2倍。具体表现为： - GI在上部负PV层发生的概率增加 - SI在涡旋边缘因强风应力导致的跨锋面Ekman浮力通量而增强
通过12台滑翔机获取的7,237个样本分析显示： - GI倾向于分布在涡旋内部(0.2-0.8半径范围)，占观测总数的18% - SI主要分布在涡旋边缘(0.6-1.0半径范围)，占观测总数的5% - 在TC期间，GI和SI的发生概率分别达到25%和14%，显著高于非TC时期的17%和3%
PV诊断显示： - ML中约15.7%的PV为负值 - 其中67%的负PV事件与负qv相关(主导GI) - 33%与qh相关(主导SI) - 表面冷却(如TC期间)通过正jdz注入负PV - 强TC风应力通过正jfz在锋面区域注入负PV
本研究通过高分辨率滑翔机阵列观测，首次系统揭示了热带气旋影响下反气旋涡内亚中尺度不稳定性的三维结构特征和演变规律。主要科学价值包括： 1. 阐明了TC增强亚中尺度不稳定性的两种机制：增强地转应变强化锋面；强风应力有效提取Ertel位涡 2. 揭示了不同不稳定性类型的空间分布规律：GI主要在涡内，SI集中在涡缘 3. 发现了TC风场对亚中尺度过程日变化的调制作用 4. 为理解极端天气下的多尺度海气相互作用提供了新的观测证据
该研究为深入理解亚中尺度过程在极端天气下的作用提供了重要观测基础，对改进海洋模式参数化和海气相互作用理论具有重要意义。未来需要结合湍流和流速观测，进一步揭示TC通过亚中尺度过程影响湍流混合的详细机制。