近日，物理海洋教育部重点实验室在Journal of Physical Oceanography期刊发表题为“Mixed transitional layer instability: A mechanism for deep-penetrating submesoscale processes in the subtropical upper ocean”（《混合过渡层不稳定：副热带海洋上层深穿透亚中尺度过程的机制》）的最新研究成果。该研究提出一种生成亚中尺度过程的新理论——“混合过渡层不稳定”，突破了传统混合层不稳定的理论局限，成功解释了为何亚中尺度过程的影响深度远超混合层，丰富了海洋亚中尺度动力学的理论框架。

　　亚中尺度过程普遍存在于全球海洋，其水平尺度为O(1-10)公里，它们在海洋能量串级与垂向物质输运中扮演着关键角色。传统观点认为，混合层不稳定（发生于混合层的斜压不稳定）是亚中尺度过程生成的关键机制（图1b），该理论预测亚中尺度过程的影响仅局限于混合层以内。然而，近期大量现场观测结果表明，亚中尺度过程呈现“深穿透”的特征，其影响深度远超混合层，传统的混合层不稳定理论无法解释这一观测事实。为了阐明深穿透亚中尺度过程的生成机制，Zhang等在前期研究中提出了“混合过渡层不稳定”的理论假说（Zhang et al., 2021 JPO），但尚未建立完整的理论框架。

　　本工作通过数据分析发现，亚中尺度过程垂向浮力通量和涡度等的e折深度是混合层深度的2-3倍，其深度到达了介于混合层和主温跃层之间的过渡层，且亚尺度涡的能量注入尺度（即亚中尺度涡的发生尺度）远大于混合层不稳定预测的混合层变形半径，这进一步证明了混合层不稳定理论的不足。在此基础上，本研究创新性地建立了一个包含弱层结的混合层、强层结的温跃层以及中等层结的过渡层的三层准地转模型，基于不稳定分析揭示了新型不稳定模态的存在，证实了“混合过渡层不稳定”理论假说，进而建立了理论框架。该理论所预测的亚中尺度过程垂向结构与观测十分吻合，预测的亚中尺度涡旋尺度与SWOT观测和真实情形数值模拟结果也更加接近（是混合层变形半径的3倍）。综上可见，“混合过渡层不稳定”为解释亚中尺度过程观测现象提供了更合理的理论模型，对完善亚中尺度过程参数化方案具有重要指导意义。

　　上述成果由实验室张志伟教授、在读博士研究生常江涛为共同第一作者，张志伟教授为通讯作者，张新城博士、张闻达博士为合作者共同合作完成。研究工作得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金、中央高校基本科研业务费等项目的资助。

图1.（a）混合过渡层不稳定示意图（新理论），（b）混合层不稳定示意图（旧理论）

文章引用：

ZHANG Z. -W.# *, J. -T. Chang#, X. -C. Zhang, and W. -D. Zhang, 2025: Mixed Transitional Layer Instability: A Mechanism for Deep-penetrating Submesoscale Processes in the Subtropical Upper Ocean. Journal of Physical Oceanography, 55(12): 2269-2283, http://doi.org/10.1175/JPO-D-25-0009.1.