近日，中国科学院海洋研究所海洋热力学过程与气候变化研究组在中尺度涡旋引起的海表面温度异常（SSTA）研究方面取得新进展。该研究基于29年卫星观测和理想化数值模型，在全球尺度上系统揭示了单极子型与偶极子型涡致SSTA的相对贡献、空间格局及形成机制，指出长期受到关注不足的偶极子型SSTA贡献了近一半的涡旋引起的海温方差，并揭示纬向涡旋相对漂移是塑造SSTA结构的重要动力因素。相关成果发表于国际学术期刊Journal of Physical Oceanography。

中尺度涡旋是海洋中普遍存在的运动现象，携带海洋约90%的动能，是中尺度海温变率的重要来源，并通过海气相互作用影响天气系统、区域气候和海洋热量输运。涡旋引起的SSTA主要呈现两类结构：一类是涡心两侧冷暖相反的偶极子结构，主要与涡旋旋转对背景温度场的搅拌有关；另一类是位于涡心附近的单一冷（暖）异常，即单极子结构，通常与涡旋垂向泵吸、非线性裹挟以及背景流和涡旋移动等过程有关。然而，两类结构在全球范围内的比例、方差贡献及空间分布此前缺乏系统认识。

研究团队利用1993~2021年卫星高度计海面高度异常资料、OISST海温资料和中尺度涡轨迹数据集（META），对全球超过3200万个气旋涡观测样本开展合成分析，并采用结构指数α定量刻画涡致SSTA结构。结果表明，偶极子型SSTA（α<0.4）占气旋涡和反气旋涡总数的65.7%和66.2%，而单极子型仅占34.3%和33.8%。从方差贡献看，偶极子型分别贡献气旋涡和反气旋涡涡致SSTA总方差的49.3%和51.5%，与单极子型几乎平分秋色。这表明，偶极子型SSTA不仅数量占优，也是全球涡旋引起海温变化的重要组成部分（图1和图2）。

图1 全球气旋涡分布及不同结构指数区间的涡致SSTA合成结构

（a. 气旋涡年发生频次；b. 结构指数α的概率密度分布；c-l. α从0~0.1到0.9~1.0各区间的合成SSTA形态）

图2 气旋涡偶极子型与单极子型SSTA的全球发生频次与方差贡献

（a-c. 偶极子型、单极子型的发生频次及二者之差；d-f. 偶极子型、单极子型的SSTA方差及二者之差）

两类SSTA在全球范围呈现明显的东西分异。单极子型主要集中于湾流、黑潮、东澳大利亚流、巴西流、厄加勒斯流等西边界流延伸体以及南极绕极流海区；偶极子型则广泛分布于各大洋东部海盆（图2）。为解释这一格局，研究团队定义纬向涡旋相对漂移速度c，即涡旋纬向移动速度与背景流纬向速度之差。该量反映了β效应与涡旋自身的动力学过程，而不仅仅是可观测到的涡旋移动。观测结果显示，α与c在全球尺度上存在显著的非线性关系：相对漂移越强，涡致SSTA越趋向单极子结构。

团队进一步利用构建的“涡旋搅拌模型”进行的全球敏感性试验，实验表明背景经向温度梯度和涡旋振幅主要控制SSTA强度，而背景流和涡旋移动对其结构具有关键作用。当同时去除背景流和涡旋移动后，全球涡致SSTA几乎全部退化为偶极子结构；重新引入背景流后，中高纬度尤其是西边界流延伸体和南极绕极流海区的单极子格局明显恢复，而涡旋移动的作用主要体现在热带海区。由此建立了“纬向相对漂移强则单极子、弱则偶极子”的机制联系（图3）。

图3涡旋搅拌模型针对气旋涡SSTA结构的数值敏感性试验

（a. 控制试验；b. 背景温度梯度取1/10；c. 涡旋海面高度异常取1/10；d. 去除背景流和涡旋移动；e. 去除涡旋移动；f. 去除背景流）

该研究表明，偶极子型SSTA在全球范围内数量占优，并贡献了近一半的涡旋引起的海温方差，其在海洋侧向热输运和海气耦合中的作用不容忽视。相关成果为高分辨率气候模式中涡旋引起海温异常的检验及涡旋效应参数化提供了全球观测基准，也为认识中尺度涡旋与海气相互作用提供了新的视角。

该论文由第一作者中国科学院海洋研究所博士后律明坤、通讯作者王凡研究员、合作者李元龙研究员共同完成。研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金等项目的资助。

论文信息：

Lv, M., F. Wang*, and Y. Li, 2026: Global Significance of Dipole-Pattern SST Anomalies in Mesoscale Eddies. J. Phys. Oceanogr., 56, 2275–2287, https://doi.org/10.1175/JPO-D-25-0068.1.