全球海洋环流的能谱

自卫星高度计问世以来，我们对海洋环流的认知聚焦于无处不在的中尺度涡，其典型尺度为数十至数百公里[5]，是海洋对天气系统的类比，并常被视为海洋动能(KE)波数谱的峰值[7, 19, 23]。然而，我们对海洋空间尺度的理解大多来自小代表性区域（如[16, 14, 4]）的傅里叶分析，这些区域通常仅数百公里大小，无法捕捉行星尺度的巨大动态范围。在此，我们利用粗粒化方法，基于卫星数据和高分辨率再分析数据，给出了首个真正的全球海洋环流波数谱，可分析比以往可能尺度大得多的尺度。跨越三个数量级长度尺度的谱显示，南极绕极流(ACC)是全球 extratropical 海洋的谱峰，位于$\approx 10 \times 10^3~$km处。我们还发现了在大于$10^3~$km尺度上此前未观测到的幂律标度。在$\approx 300~$km处存在一个与中尺度相关的小谱峰，由于其在波数空间中分布更广，在全球已分辨的表面KE中占比超过$50\%$。尺度大一倍（可达$10^3$~km）的长度尺度在其季节周期中表现出$\approx40~$天的特征滞后时间，使得两个半球中$100~$km处的KE在晚春达到峰值，而$10^3~$km处的KE在夏末达到峰值。本文给出的谱为我们理解地球气候系统中包括最大行星尺度在内的多尺度全球海洋环流提供了新窗口。