亚中尺度过程（空间尺度为0.1-10公里，时间尺度为小时至天）在全球海洋能量平衡和上层海洋热量收支中扮演着重要角色。然而，极端天气条件下亚中尺度过程的演变尚未得到深入理解，尤其是通过现场观测进行的研究相对较少。

针对这一问题，中山大学海洋科学学院海洋与大气相互作用团队及其合作单位，利用部署在南海北部的12台水下滑翔机阵列，研究了热带气旋影响下亚中尺度过程的时空演变及其动力机制。在为期一个月的观测期间，水下滑翔机反复穿越中尺度涡旋，进行高分辨率的强化观测。通过不稳定性分析，评估了热带气旋影响下，中尺度涡旋内的上层海洋如何更容易受到亚中尺度不稳定的影响。

图1.十二台水下滑翔机阵列与台风海棠的信息

结果表明，在热带气旋“海棠”期间，亚中尺度不稳定的发生概率显著增加，对称不稳定和重力不稳定的概率是非热带气旋期间的两倍。热带气旋引起的热通量损失往往为重力不稳定的发展创造了有利条件。重力不稳定主要发生在涡旋的0.2-0.8半径范围内，且集中在混合层的上半部分。对称不稳定则倾向于发生在混合层的下半部分，主要分布在涡旋的0.6-1.0半径之间，并且主要集中在涡旋的东南边缘，在热带气旋“海棠”期间发生频率最高。亚中尺度不稳定的空间分布特征受锋面、热带气旋风场结构以及大气通量的共同影响。热带气旋诱发的风场促进了锋面区域负位涡（摩擦位涡通量）的注入，导致锋面更容易触发对称不稳定。此外，研究发现，在热带气旋过境期间，稳定的风场比旋转风场更有利于亚中尺度不稳定的形成。热带气旋伴随的强风应力打破了亚中尺度不稳定的昼夜循环，为中午期间本应较弱的亚中尺度不稳定提供了条件。

图2.滑翔机观测的锋面结构以及亚中尺度不稳定

近年来，水下滑翔机、无人船、自主水下航行器和漂流浮标等无人设备在亚中尺度动力学研究中的应用逐渐增多。未来，在台风影响下开展高分辨率的无人智能组网观测，将有助于改善我对海气相互作用的理解，并阐明热带气旋如何通过亚中尺度过程影响湍流与混合。

图3.亚中尺度不稳定在涡旋的空间分布与垂直分布

来源：中山大学