【好文共享】南海及周边海上丝绸之路沿线的强灾害性内波

南海及海上丝绸之路沿线的强灾害性

内波：海洋深处的“隐形杀手”

在浩瀚的海洋深处，隐藏着一种神秘而强大的力量——强灾害性内波。它们如同海洋中的“隐形杀手”，在南海及海上丝绸之路沿线海域频繁出没，对海洋生态、水下航行安全以及海洋工程构成巨大威胁。中国科学院南海海洋研究所蔡树群研究员团队带我们揭开这层神秘的面纱，深入探索这些强灾害性内波的奥秘。

PART.01

内波：海洋深处的“隐形杀手”

南海原油贸易主航道（虚线）穿越灾害性内波分布海域

左上图为南海及周边海上丝绸之路沿线（黑框）海洋内波振幅的空间分布特征图；黑色虚线箭头表示海上丝绸之路贸易主航道

内孤立波是一种大振幅强非线性内波，它们在海洋混合、物质输运和生态系统演变中起着关键作用。然而，这种看似“有益”的自然现象，却隐藏着巨大的危险。内孤立波的非线性传播特性和剧烈的流速变化，对海洋舰艇水下航行和海洋工程构成了显著威胁。例如，2014年南海“372艇”掉深事件和2021年龙目海峡“南伽拉”号潜艇失事均被认为与内孤立波活动有关。这些波动会影响潜艇航行稳定性，导致潜艇在瞬间所受的压力（深度）剧变从而失控。此外，内孤立波在海底电缆和石油平台等关键海洋工程设施附近产生的强剪切流可能引发结构应力增加或损害。

PART.02

南海：内孤立波的“活跃地带”

南海内孤立波

（a）南海内孤立波三维数值模拟结果：上图为内孤立波所致海表高度梯度，下图为沿内孤立波主要传播方向的剖面内内孤立波的垂向特征（颜色填充表示波致流速，等值线表示等温线）；（b）南海内孤立波的生成、演化、耗散示意图

南海北部因受特殊地理位置、复杂海底地形及背景水文环境变化等诸多因素影响，该海域内孤立波表现出丰富而活跃的多时空尺度特征。随着遥感技术的发展，研究人员利用卫星遥感数据，研究了南海内孤立波的时空分布特征，发现春夏季节内孤立波的强度和频率显著增加。南海北部的内孤立波主要在吕宋海峡的双脊地形处形成。当层化流体往复经过双脊地形时，内波在不同的地形条件下展现出多样化的波动特征。此外，南海内孤立波在传播过程中会受到不同因素（如地形、涡旋和环流等）的影响，其演变规律也受到诸多学者的关注。

PART.03

苏禄海与苏拉威西海

苏禄海内孤立波

（a）苏禄海内孤立波MODIS 卫星遥感图像（白色虚线表示内孤立波波峰线位置）；（b）遥感观测资料统计的苏禄海内孤立波出现频率；（c）~（e）苏禄海内孤立波二维数值模型结果（等值线表示等温线）

苏禄海和苏拉威西海是内孤立波频发的海域之一。苏禄海的内孤立波主要在珍珠滩附近的3处海脊上生成，随后向西北方向传播，并在大潮期表现出更大的空间尺度和更快的传播速度。苏拉威西海的内孤立波多由半日潮驱动，生成于桑吉群岛附近海脊，并以超过3.0 m/s的相速度向西传播，波峰线长度在南北向可达数百公里。然而，卫星遥感图像主要聚焦于内孤立波的表面信息，其垂向结构特征仍需采用现场观测手段获得。

苏拉威西海内孤立波

（a）苏拉威西海内孤立波MODIS卫星遥感图像（红色箭头表示西传内孤立波IW1，IW2 和IW3，蓝色箭头表示南传内孤立波IW4，IW5 和IW6），珍珠滩与桑吉群岛用五角星标出；（b）基于遥感观测资料统计的苏拉威西海内孤立波波峰线位置（红色曲线为西传内孤立波波峰线位置，蓝色曲线为南传内孤立波波峰线位置）

PART.04

龙目海峡与安达曼海

龙目海峡内孤立波

（a）龙目海峡内孤立波三维数值模拟（颜色填充表示内孤立波所致海表高度梯度，箭头分别标出了北传与南传的内孤立波）；（b）龙目海峡内孤立波MODIS 卫星遥感图像（颜色填充表示内孤立波所致海表高度梯度，箭头分别标出了北传与南传的内孤立波）；（c）龙目海峡内孤立波现场观测（等值线表示垂向位移）

龙目海峡地处印度尼西亚群岛，是连接太平洋与印度洋的重要通道。该海域陡峭的海峡山脊地形、显著的天文潮大小和典型的密度跃层结构，使其成为大振幅内孤立波研究的理想试验场。龙目海峡内孤立波同时向南北两个方向传播，且具有明显的空间与时间差异。安达曼海位于南亚印度洋北部，是孟加拉湾的重要组成部分。在强潮流与显著地形起伏的共同作用下，当地常出现强烈的内波活动。安达曼海内孤立波往往分裂成多个波列，并呈现显著的不对称传播。

安达曼海内孤立波

（a）基于卫星遥感的安达曼海内孤立波空间特征（黑线表示内孤立波波峰线位置）；（b）印度洋开尔文波示意图（箭头表示开尔文波）；（c）和（d）安达曼海内孤立波现场观测（等值线表示等温线）

PART.05

亟需解决的科学技术问题

尽管目前关于南海及周边海上丝绸之路沿线的强灾害性内波的研究已经取得了丰富的研究成果，但仍有一些科学和技术难题尚待深入研究。例如，环流与中尺度涡旋在海洋内孤立波的生成与传播过程中扮演了重要的调制角色，然而对其具体机制的认识尚未完全厘清。此外，多源内孤立波的相干涉现象也亟待研究。不同于龙目海峡，安达曼海与苏拉威西海内孤立波具有多源地生成的特点：在传播过程中，不同源地生成的内孤立波可能彼此叠加，当相位差接近时便会出现干涉增强或抵消效应，造成观测上明显的振幅起伏与能量波动。

PART.06

结 语

南海及周边海上丝绸之路沿线的强灾害性内波，如同海洋深处的“隐形杀手”，时刻威胁着海洋生态、水下航行安全以及海洋工程。深入研究这些内孤立波的生成机制、传播演变规律以及生态效应，对于海洋资源的可持续利用、海洋生态环境保护以及区域海洋管理具有重要意义。未来，我们需要进一步加强国际合作，开展大规模的现场观测，同时发展高分辨率的数值模型和人工智能技术，以更好地理解和预测内孤立波的活动，为海洋工程与生态保护决策提供更加高效的技术支撑。

主办单位：中国科学院西北生态环境资源研究院

国家自然科学基金委员会地球科学部

主 编：郭正堂院士

获奖情况：

第三届全国“百强报刊”

甘肃省“十佳期刊”（科技类）

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