长期以来，印度洋常被视为全球气候系统中的“被动响应者”，其变化主要受太平洋和大西洋调控。然而，这一传统认知正在被不断重塑。作为全球第三大洋，印度洋吸收了超过四分之一的全球海洋净热量，直接影响近三分之一世界人口的气候环境与粮食安全。在季风系统驱动、强盐度层结、半封闭海盆结构以及印尼贯穿流共同作用下，印度洋呈现出区别于其他大洋的独特多尺度动力体系。受观测资料稀疏与数值模式分辨率不足的长期限制，传统研究多聚焦于季风环流等大尺度动力过程，而中尺度（10–100 km）和次中尺度（0.1–10 km）过程长期被视为“次要扰动”甚至“背景噪声”。近年来，随着高分辨率卫星、现场观测和数值模拟能力的快速提升，学界对这一问题的认识正在发生根本性转变——印度洋中小尺度动力过程并非附属扰动，而是驱动海洋能量级联、物质输运、海气耦合、生物地球化学循环和气候变异的关键环节。
论文发表截图
立足这一研究背景，南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）[简称南方海洋实验室]携手中山大学海洋科学学院及国内多家海洋科研机构，在国际期刊《Reviews of Geophysics》上联合发表综述论文。
系统梳理并整合印度洋中尺度与次中尺度过程的动力机制、观测进展、数模方法及其环境效应的最新进展，构建了面向季风海洋的跨尺度耦合新认知框架。
研究团队系统梳理了近几十年来在观测、理论与数值模拟方面的重要进展，全面揭示了印度洋中尺度与次中尺度过程的独特动力特征与调控机制。研究表明，印度洋中尺度涡旋、锋面及层结等过程，在孟加拉湾、阿拉伯海、厄加勒斯流系、Leeuwin流系等关键海域，表现出显著区别于其他大洋的动力学特征：在季风强迫、盐度层结与复杂地形的联合调控下，这些动力过程呈现显著的季节变化及双向能量级联结构（图1）。其中，孟加拉湾的特征最为典型：强降水和河流淡水输入形成厚障碍层与强盐度锋面，使次中尺度过程呈现出独特的季节双峰结构与物理-生态解耦现象。这一系列发现表明，印度洋并非太平洋和大西洋的“附庸系统”，而是具有独立中小尺度动力学体系的关键海盆。
图1 印度洋中尺度和次中尺度动力过程的空间格局及机制概述
团队进一步证实，印度洋中尺度与次中尺度过程是连接季风环流与小尺度湍流的关键桥梁，在气候系统中扮演“放大器”和“调制器”的双重角色。它们通过调控垂向热盐交换、锋生过程及障碍层演变，显著影响海气通量、营养盐输运、低氧区演变以及热带气旋强度，并对印度洋偶极子（IOD）、季节内振荡（MJO/MISO）等关键气候模态产生重要调制作用（图2）。研究同时指出，印度洋中小尺度过程研究已实现从“看不见”到“可解析”的关键技术与理论跨越，但仍面临观测覆盖不均、高分辨率模拟不足以及参数化方案精度有限等瓶颈。针对这些难题，论文提出了以分级立体观测体系建设、高分辨率耦合模拟以及人工智能驱动的参数化与数据同化为核心的未来发展路径。
图2 印度洋关键多尺度物理过程与生物地球化学联动的示意图
该研究是国际上首个针对印度洋中尺度与次中尺度过程的系统性跨学科综述，具有重要的里程碑意义。在理论层面，研究明确了季风海洋中小尺度过程在气候系统中从“背景噪声”到“多尺度桥梁”的结构性角色转变，推动构建季风海洋多尺度耦合的新理论框架，完善全球海洋动力学体系。在认知层面，研究重新定义了印度洋多尺度动力系统在全球气候系统中的地位：从传统认知的被动响应者转变为具有重要调控作用的主动驱动者；在应用层面，相关成果为提升季风预测精度、热带气旋预警水平、海洋碳汇评估及生态环境保护提供了重要科学支撑，对“一带一路”框架下热带海洋研究与区域气候灾害防控具有重要应用价值。
南方海洋实验室深海远洋多尺度动力过程创新团队首席科学家、上海交通大学周磊教授为该论文第一作者，团队首席科学家、中山大学王东晓教授为论文通讯作者。中山大学、上海交通大学、河海大学、自然资源部、广州大学、南京信息工程大学、厦门大学及中国科学院相关研究所的科研人员共同参与了本项研究。
本研究得到了国家自然科学基金，南方海洋实验室创新团队建设经费、自主科研项目等的支持。
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2025RG000915
文 案：黄 科、王 麟
图 片：黄 科、王 麟
编 辑：余文多
初 审：王东晓、周 磊
审 核：吴思铭
审 定：刘 梅
信息来源:南方海洋实验室。
转载请注明信息来源及海洋知圈编排。
热门跟贴