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本所張明輝老師在科技部支助下，自2012年8月起參與本所研究人員黑潮探測整合計畫「黑潮通量及其變化之觀測」(OKTV)與「黑潮研究(II)」(SK-II)，在臺灣東部黑潮流域進行有關黑潮變動及海洋小尺度紊流之長期且密集觀測，其中黑潮流過綠島西北方的海底火山(附圖a)所產生的紊流具有異常高的海水混合擴散係數，近期已將成果發表於Geophysical Research Letters (論文見http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2016GL069462/full)。該文指出，海底火山最淺水深約230公尺(附圖a與b)，直接擋到黑潮流軸核心(約可達500公尺深，強烈的擾動產生切變不穩定(shear instability)，利用船載的聲納、都普勒流剖儀及下放式都普勒測流儀/溫鹽深儀系統(附圖b)，發現聲納回波影像呈現像"貓眼"的不穩波濤列(Kelvin-Helmholtz Billows)，如附圖c。週期約7分鐘、震幅為50－100公尺、波長約200公尺，在海洋中算是相對較大的KH不穩定波。溫鹽深儀的觀測顯示(附圖d)，紊流所造成的密度翻轉發生在上眼瞼(標示1)，貓眼中心(標示2)及下眼瞼(標示3)，已達罕見的大震幅波濤，也是黑潮流域中的第一個觀測證據，對黑潮的影響包括：

(1)     波濤內具有強烈紊流，估計的紊流擴散係數達到10^-1 m² s^-1，也就是台灣東部黑潮流域平均值的100倍！對黑潮流域的水文及其他生地化參數的混合具有不可忽視的影響；

(2)     此海底或山對黑潮造成強大的拖曳力，約為4000萬牛頓，其存在使得黑潮流強度降低約10%。

此類海底火山(尺度約5－10公里)通常在模擬黑潮的大洋模式中屬於sub-grid尺度，也就是小於模式的空間解析度，故其對黑潮之影響是被忽略的，基於此地形效應對海水混合的強大影響，此研究成果對未來海洋模式中對此效應的參數設重相當要。論文資訊：

Chang, M.-H., S.-Y. Jheng, and R.-C. Lien (2016), Trains of large Kelvin-Helmholtz billows observed in the Kuroshio above a seamount, Geophys. Res. Lett., 43, doi:10.1002/2016GL069462.

本研究是探討海洋能量由大尺度逐步向小尺度運動耗散(energy cascade)之中重要的一環。其實海洋裡到處充赤著各種尺度的紊流，受到風及天體引力源源不絕的驅動，海洋中各式各樣的運動，尺度從數千公里到數公尺都有，無論是何種運動，共同的最終命運就是化為公尺到公分等級的紊流。經由紊流，這些能量：(1)因為分子間摩擦力而消散(以紊流動能能量消散率表示)，或者(2)混合海水(以紊流擴散係數表示)。其中代表海水混合程度的紊流擴散係數，在氣候變化、大洋模式及海水垂直結構佔有舉足輕重的角色。影響全球氣候的溫鹽環流，部分需要藉由紊流造成的海水混合來平衡極區沈降的冷水，否則溫暖的混合層將只是薄薄的一層(不超過10公尺)，斜溫層將不存在。測量紊流並進而計算紊流能量是估算大洋環流模式中的能量收支能否平衡的關鍵，為目前物理海洋研究相當重要的議題之一，物理海洋經典之著–Munk (1966)以海洋動力理論預測全球海洋的紊流擴散係數須達到10^-4 m² s^-1，才得以維持住目前海洋的熱/鹽結構。但目前經由海洋現場實測，在開放性大洋中，紊流擴散係數僅約10^-6－10^-5 m² s^-1，強烈的紊流多集中在海底及複雜地形結構的海域透過海洋流過起伏地形發生的流切而產生。