海洋擴散理論研究取得新突破

中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環境國家重點實驗室研究員彭世球團隊近日在海洋擴散理論研究上取得新突破，首次將拉格朗日擴散和有效擴散在理論上完美地統一起來。相關研究成果線上發表於物理海洋領域頂級專業期刊《物理海洋學雜誌》（Journal of Physical Oceanography）上。

據介紹，不可逆混合擴散是引起海洋水團變性、維持大洋經向翻轉流的關鍵物理過程，對海洋環流模式的模擬和預測水平有重要影響。儘管當前有許多不同的渦擴散定義和診斷方法，但不同方法所得結果不僅在大小和空間分佈上有較大差異，也無法反映局地的、瞬時的、不可逆混合過程，導致基於這些定義的混合引數化方案給海洋環流模式帶來很大的不確定性（誤差）。另外，對於經典的拉格朗日擴散和有效擴散，長期以來業內對這兩者之間的本質區別與內在關聯性的理解和認識模糊不清。儘管有學者作了很多嘗試，仍然沒有將兩者的關係從物理概念的角度闡釋清楚，更不用說將兩者在理論上統一起來。

針對這一長期困擾物理海洋學界的國際難題，研究團隊創造性地在“等值線”座標空間框架下提出一種新的拉格朗日擴散係數定義，即用“等值線”距離代替傳統的空間距離衡量粒子的頻散程度。在新的定義下，拉格朗日擴散和有效擴散一樣，反映的是不可逆的混合過程，並且在沒有分子擴散的理想情況下，兩者都嚴格等於零。該研究成果首次將拉格朗日擴散和有效擴散兩種定義在理論上嚴格而巧妙的統一起來，並澄清目前物理海洋界在對這兩種定義理解和認識上的誤區。另外，由於新定義可以將拉格朗日擴散與分子擴散聯絡起來，能清楚地反映渦旋引起的不可逆混合過程以及給出局地、瞬時、不可逆的擴散分佈，克服了其他混合診斷量的不足，因此為不可逆混合的引數化提供了基礎理論依據，對提高當前海洋環流模式的模擬和預報水平具有重要科學意義和應用價值。該研究成果受到兩位匿名審稿專家的高度評價和肯定，認為是對該領域的新突破和重要貢獻。

（中國海洋報 通訊員徐 海 錢鈺坤，編輯吳瓊）