海洋上混合层中的亚中尺度结构包括锋面、涡丝和涡旋，亚中尺度结构在水平方向的尺度范围为0.1km到10km，在垂直方向的尺度范围为0.01km到1km。亚中尺度锋面和涡丝引起了较强的海表温度（SST）梯度，因此在海气相互作用过程中起着非常重要的作用。

    Wenegrat和Arthur（2018）采用WRF中的大涡模拟(LES)模块研究了大气边界层对亚中尺度SST锋面的响应，其中亚中尺度SST锋面的温度梯度不随着时间变化-也就是说SST锋面只是作为大气边界层的底部强迫条件，他们的结果表明亚中尺度SST锋面能够诱导出了大气边界层中的锋面，大气边界层的水平混合只有在响应由辐聚的非地转流引起的大气锋面锋生的时候才变得重要。

    Sullivan et al.(2020)采用美国国家大气研究中心(NCAR)的大涡模拟（LES）模式研究了单侧暖或冷的海洋亚中尺度SST锋面对垂直于锋面风场的影响，其中亚中尺度暖或冷的SST锋面的温度梯度不随着时间变化-也就是说SST锋面只是作为大气边界层的底部强迫条件，他们的结果说明地转风垂直吹过SST等温线，在大气边界层中产生了次级环流，这次级环流随着SST锋面温度梯度信号而改变。暖的SST锋面对大气边界层的影响要找过冷的SST锋面。

    Sullivan et al.(2021)采用美国国家大气研究中心（NCAR）的大涡模拟（LES）模式研究了单侧暖或冷的海洋亚中尺度SST锋面对沿着锋面风场的影响，其中亚中尺度暖或冷的SST锋面的温度不随时间变化-也就是说SST锋面只是作为大气边界层的底部强迫条件，他们的结果显示沿着锋面的风产生了持续的次级环流，次级环流修改了表面通量和大气边界层内部的湍流通量。并且表层风与SST等温线的指向是海洋-大气耦合的重要分量。

   Yang（2024）和Zhu（2024）基于在黑潮-沽潮延伸区的高分辨率海上原位观测数据，发现在亚中尺度锋面区域的海-气通量要比中尺度锋面区域的海-气通量强很多。

    然而，在实际上海洋上混合层中亚中尺度锋面或涡丝在水平变形流或者湍流影响下（湍流热成风原理）会产生锋生（McWilliams et al., 2015），也就是亚中尺度SST梯度在锋生作用下会不断地变化，这个亚中尺度SST梯度的变化应该也会影响着大气边界层中的锋面或者涡丝结构的变化，进而也影响着大气边界层中的流场变化。大气边界层的流场变化反过来也会影响着海洋亚中尺度锋面和涡丝的演化过程。

    Sullivan和McWilliams (2018,2019, 2024)采用美国国家大气研究中心（NCAR）的大涡模拟（LES）模式研究了由风诱导的剪切湍流、波-流相互作用诱导的郎缪尔湍流和海表冷却引起的热对流湍作为强迫条件下的海洋亚中尺度冷涡丝的锋生物理过程，结果发现相对于热对流湍流来说，虽然剪切湍流与郎缪尔湍流影响了亚中尺度冷涡丝流场的基本结构，但是亚中尺度冷涡丝的锋生过程均包含了锋生的开始阶段、捕获阶段和衰减阶段，这引起了亚中尺度冷涡丝SST梯度随着时间的变化。

    Li et al.(2024)发现海洋亚中尺度冷涡丝的锋面过程包含锋生和锋消两个物理过程，这是由次级环流的方向发生了周期性地改变，从而造成了亚中尺度冷涡丝SST梯度的周期性增强和减弱。

    因此，从以上的报道可以看出，海洋亚中尺度锋面对大气边界层的影响，要以不变的亚中尺度SST锋面作为大气底边界的强迫条；大气边界层对海洋亚中尺度的影响要以不变的海表风应力或海表热通量作为海洋上混合层上边界的强迫条件。实际上，在存在海洋亚中尺度锋面和涡丝情况下，海洋-大气相互作用，会导致大气边界层流场和海洋亚中尺度流场均随着时间而变化。这充分说明要想更加深入真实地了解海洋亚中尺度锋面和涡丝如何影响海-气相互作用的物理过程，就需要在一个模式中同时包含大气过程与海洋亚中尺锋面和涡丝过程。

    我们采用德国汉诺威-莱布尼斯大学的海洋-大气耦合的并行大涡模拟模式（PALM）研究了海洋上混合层温度比大气底边界层高0.1度情况下（海洋和大气中均能维持热对流湍流），海洋亚中尺度暖涡丝存在情况下的海洋-大气耦合相互作用物理过程。结果表明，海洋亚中尺度暖涡丝引起了大气底边界层出现了暖涡丝；海洋亚中尺度暖涡丝的宽度变化是由于次级环流方向的改变所引起；而大气边界层暖涡丝的宽度变化是由近海表层海洋亚中尺度暖涡丝的宽度的变化所引起，这是因为大气暖涡丝的次级环流方向不发生改变。海洋亚中尺度暖涡丝次级环流方向的改变是由地转作用所引起。大气暖涡丝的次级环流是用于海洋暖涡丝引起的大气边界层底部的暖空气上升所引起，因此大气暖涡丝的次级环流方向收到了垂向暖空气的垂向对流所主导。边界层的热对流湍流逐渐弱化了海洋和大气的亚中尺度暖锋面结构。这对于海洋亚中尺度在海-气相互作用中影响研究算是新的成果。

图1.海-气耦合相互作用海洋和大气中的温度随时间变化图。（a）海洋亚中尺度暖涡丝近海表层的温度随时间变化，（b）海洋亚中尺度暖涡丝近混合层底部的温度随时间幻化，（c）海洋亚中尺度暖涡丝近海表层中心（y=0）的温度变化；（d）大气暖涡丝近底层温度随时间变化，（e）大气暖涡丝近顶层温度随时间变化，（f）大气暖涡丝近底层中心（y=0）的温度随时间变化。

图2.海-气耦合相互作用海洋和大气中的次级环流随时间变化图。（a）海洋亚中尺度暖涡丝近海表层垂直于涡丝的水平流，（b）海洋亚中尺度暖涡丝海洋上混合层中间深度的垂向流，（c）海洋亚中尺度暖涡丝近上混合层底层垂直于涡丝的水平流；（d）大气亚中尺度暖涡丝近底层垂直于涡丝的水平流，（e）大气亚中尺度暖涡丝大气边界层中间深度的垂向流，（f）大气亚中尺度暖涡丝近顶层垂直于涡丝的水平流。