研究揭示佛罗里达海峡海洋运动的起源

洋流有时会夹断产生称为“涡流”的循环水流的部分。这种“漩涡”运动将营养物质移动到水面，对佛罗里达礁岛群珊瑚礁生态系统的健康起着重要作用。

使用模拟洋流的数值模型，佛罗里达大西洋大学海港分部海洋研究所的研究人员以及德国阿尔弗雷德-韦格纳研究所和法国欧洲海洋大学/海洋学物理与空间实验室的合作者正在阐明关于这个重要的“海洋运动”。他们进行了一项同类研究，确定了佛罗里达海峡亚中尺度涡旋形成背后的机制，这些涡旋具有重要的环境影响。

尽管佛罗里达海流在佛罗里达海峡流动并将墨西哥湾的环流与西大西洋的墨西哥湾流连接起来，但涡流提供了一种保留海洋生物的机制，例如鱼类和海洋生物。珊瑚幼虫。由于它们捕获营养丰富的西佛罗里达架水域，因此它们为佛罗里达礁岛群礁径区域内的许多珊瑚礁和远洋物种提供了栖息地，从而维持了该地区非常高的生产力。

此外，尽管西佛罗里达架有溢流到佛罗里达海峡的趋势，但涡流的形成提供了一种机制，限制了富含营养的水域的跨架运输。结果，涡流的形成阻止了西佛罗里达架水域穿过佛罗里达海峡的出口，阻止了赤潮等事件穿越到古巴或巴哈马。相反，从架发出的有毒赤潮水在佛罗里达礁岛群珊瑚礁生态系统附近停留的时间更长，对生态系统的健康产生不利影响。

这些小尺度的正面涡流经常被观察到，并且呈现出各种各样的数量、形状和大小，这表明不同的起源和形成机制。他们穿越佛罗里达海峡的旅程的特点是中尺度的形成和存在，但主要是气流气旋一侧的亚中尺度正面涡流。

该研究发表在《物理海洋学杂志》上，基于南佛罗里达海洋区域的真实双向嵌套高分辨率区域海洋建模系统 (ROMS) 模拟，提供了对佛罗里达海峡陆架斜坡动力学的全面概述和理解. 完整的双向嵌套允许跨越嵌套边界的多尺度动态相互作用。

结果表明，佛罗里达海峡亚中尺度锋涡的形成与佛罗里达洋流的晃动有关，佛罗里达洋流由洋流核心与陆架距离的振荡组成。当佛罗里达洋流核心被推向陆架时，陆架上的剪切力增加，正压不稳定可形成亚中尺度锋涡。当这个位置放松时，斜压不稳定反而可能形成亚中尺度涡流。与剪切驱动的正压不稳定性不同，斜压不稳定性是由密度异常的变化驱动的。

“在佛罗里达海峡，形成了比它们开阔的海洋相对更小的涡流。这些涡流被称为亚中尺度涡流，很常见，可以很容易地在海洋彩色图像中观察到，”资深作者 Laurent Chérubin 博士说和 FAU 海港分校的副研究教授。“与较大的公海中尺度涡流不同，它们不处于地转平衡状态，这意味着它们的环流不是由压力梯度和科里奥利力之间的平衡维持的。相反，佛罗里达海峡的一些锋面涡流处于梯度状态风平衡，这表明第三种力，离心力，大到足以改变地转平衡。”

佛罗里达洋流是风力驱动的北大西洋反气旋环流西支的一部分，与东侧相比，北大西洋盆地西侧的反气旋环流得到加强。在洋盆西侧也发现了类似类型的洋流，例如南洋的厄加勒斯洋流或北太平洋的黑潮。它们被称为边界流，因为它们撞击架，因此，它们在海底受到大量摩擦。这种垂直和水平作用于边界流的摩擦有助于形成剪切边界层。

“我们的研究表明，这个剪切层会变得不稳定并形成涡流。这个过程实际上是注入海洋的风能消散的途径。因此，在佛罗里达海峡，形成了比其公海相对更小的涡流，”切鲁宾说。

除了在佛罗里达海峡局部形成的亚中尺度涡流外，还有进入佛罗里达海峡的中尺度涡流，例如托尔图加斯环流。

“我们的研究结果还表明，当佛罗里达洋流处于长期位置时，中尺度涡流可以被挤压在架子上并转化为亚中尺度涡流，或者如果佛罗里达洋流从架子上收回，则相对不受影响，”切鲁宾说。

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