近日，国际知名地学期刊Geophysical Research Letters以《Shear Instability and Turbulent Mixing by Kuroshio Intrusion into the Changjiang River Plume》为题，发表海洋地质国家重点实验室涂俊彪副研究员及合作者的最新研究成果, 揭示了黑潮分支入侵长江口外水下河谷区域，激发内波、剪切不稳定和强湍流混合。
图1. 研究站位 (a)、回声探测图像揭示密度界面内波(b)及剪切不稳定(c)
剪切不稳定是海洋和河口区重要的混合机制。该研究通过精细观测发现，黑潮分支入侵长江口羽流区后在底部锋面处产生剪切不稳定结构，通过船载回声测深仪解析了剪切不稳定性的物理结构；利用湍流微结构剖面仪量化分析了由此产生的湍流混合，发现湍动能耗散率和垂直扩散率分别高达 10 -4 m2 s-3 和 10 -1 m2 s-1量级；该值与河口羽流区和黑潮主轴中报道的剪切不稳定相当，但比开阔大洋中的典型观测值大几个数量级。增强的湍流将显著促进黑潮水与近岸水体的混合，进而改变近海生物地球化学循环。
图2. 温盐及流场结构指示黑潮入侵 (a-d)、密度跃层剪切(e)及层结(g)、梯度理查森数(g)和湍流混合特征(h-l)
河口近海区域盐淡水交汇，较强的水流剪切和水体层化相互作用，形成剪切不稳定，增强水体物质的跨密度面混合，一般认为河口羽流区的剪切不稳定发育于起跃点附近的锋面内部。该研究通过现场观测发现：黑潮分支可入侵至长江口外水下河谷区域，并在底部形成高盐低温的锋面；入侵的水体与上覆受羽流影响的水体存在显著的密度界面，形成界面内波；随着近底层水体流速剪切的增强，界面内波破碎、形成剪切不稳定，并造成水体密度翻转。剪切不稳定不仅增强了湍动能的耗散，同时也使温、盐耗散增加两个数量级以上。研究结果有助于理解黑潮与河口近海相互作用的物理机制及其生物地球化学效应。
图3. 剪切不稳定微尺度结构（密度翻转）及强湍流混合特征
我室涂俊彪副研究员为论文第一作者，中山大学吴加学教授和美国Oregon State University大学 Bill Smyth教授为共同通讯作者，同济大学范代读教授、厦门大学刘志宇教授和自然资源部第二海洋研究所张乾江博士为论文合作作者。该研究由国家自然科学基金项目、基金委长江口锋面重大科学问题考察航次和上海市教委创新项目等资助。
全文链接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024GL110957