藏在南海深处的 “隐形波浪”：这本新书揭秘内孤立波如何影响陆坡环境

责任编辑：焦健 jiaojian@mail.sciencep.com

本书深入总结了内孤立波在南海北部陆坡的形成机制和传播规律，重点探讨了内孤立波对陆坡地质过程、沉积过程和海洋生态环境的影响。通过翔实的观测数据和系统的理论分析，本书全面展现了内孤立波如何通过其动力学特性重塑海底并影响海洋生物多样性与生态平衡。

本书是海洋学者、地质学者和环境研究者的必读之选，特别适合那些专注于海洋动力学、沉积动力学及海洋生态保护的专业人员。此外，涉及海底工程设计与资源开发的工程师也将从中获得宝贵的洞察，以更好地理解和应对海洋环境中的复杂挑战。

序 一

内孤立波在南海的强度和活跃度为全球之最，南海内孤立波的生成和演变机制也最为复杂。南海，作为一个充满神秘和活力的海域，其地质特征和海洋环境的复杂性决定了内孤立波在这一地区的重要性和独特性。南海内孤立波以其高能量和长距离传播的特性在海洋科学研究中被广泛研究。然而，对其如何影响深海沉积环境和海底工程的理解还相对有限。中国海洋大学贾永刚教授团队所著的《内孤立波对南海北部陆坡影响研究》提供了一种新的视角来探讨这些重要领域。

在该书中，贾永刚教授研究团队不仅概述了内孤立波的研究历史与基本概念，还详细阐明了内孤立波的传播特性；更难能可贵的是，他们基于自主研发的海底原位观测装备，全面地探讨了内孤立波如何影响南海北部的沉积动力过程与生态环境。著者利用翔实的实地调查资料、长期的原位观测数据，综合室内实验与数值分析，系统地分析了内孤立波如何重塑海底，并影响海洋生态，为理解这些复杂的地质过程与生态环境效应提供了科学的解释与独特的视角。该书不仅为海洋科学研究者提供了珍贵的观测数据和深入的理论分析，增进了我们对内孤立波地质作用的理解，也为海底工程设计与实施、灾害预防及海洋资源管理、政策制定提供了参考。

我有幸提前阅读了《内孤立波对南海北部陆坡影响研究》这部著作，认为该书是一部集科学研究与实际应用为一体的重要著作。该书不仅是南海地质研究的重要成果，也为全球类似海洋环境下的科学研究提供了方法论的借鉴。我推荐工程地质学者、海洋地质学者、沉积学者以及地球系统科学的研究人员阅读这部著作，以获得对内孤立波现象及其地质影响更全面的认识。

彭建兵

中国科学院院士

2025年3月

序 二

当我们探索地球最深奥的自然现象时，海洋，这个我们星球上最广阔而未知的领域，总能以其独特的方式挑战我们的知识边界。内孤立波，作为海洋中一个复杂且引人入胜的现象，因其在地球系统和海洋生态中的重要角色而备受关注。《内孤立波对南海北部陆坡影响研究》这本专著，由贾永刚教授及其团队编写，为我们提供了一个全面深入的视角，以探索这些神秘波动如何塑造南海北部陆坡的地质和生态环境。

在该书中，著者总结了多年的研究成果，通过海底长时间序列的观测数据，结合实验与数值计算，深入分析了内孤立波的形成机制、传播特性及其对海底环境的多方面影响。南海，作为一个地质活动复杂和生物多样性丰富的区域，为研究内孤立波提供了一个理想的自然实验室。该书深入阐述了内孤立波如何通过其强烈的动力作用改变陆坡的沉积动力过程，影响海底稳定性，还详细探讨了内孤立波如何影响海底甲烷的释放及其对海洋生态系统的影响。

值得一提的是，著者在内孤立波对海底甲烷释放、海水生态性质与生物多样性的影响方面进行了开创性的探索研究。通过翔实的观测数据，深入的数据分析，该书展示了内孤立波如何通过影响水合物状态，促进海底甲烷释放；如何通过改变水体的物理和化学属性，间接影响海洋生物的生存和分布。这一部分的研究不仅增强了我们对海洋生态动态的理解，也对保护这些脆弱生态系统提供了科学指导。

《内孤立波对南海北部陆坡影响研究》是一部极具价值的科学著作，它基于严谨的科学方法和实证研究，为我们提供了关于内孤立波影响的深刻见解。该书不仅可供正在从事相关领域研究的科学家和学生学习，也对政策制定者和环境保护者提供了不可或缺的参考资料，帮助他们更好地理解海洋动力过程及其环境影响。

在此，我向贾永刚教授和他的团队致以崇高的敬意，感谢他们为海洋科学研究作出的杰出贡献，并推荐这本书给所有对海洋科学、生态学以及环境科学有兴趣的读者。该书将引领我们进一步探索内孤立波的神秘世界，增进我们对这一重要海洋现象的理解。

张偲

中国工程院院士

2025年4月

前 言

内波，是海洋中的一种常见现象，指在水体的不同密度层之间由于地形或海洋动力等驱动产生的波动。内孤立波，作为内波的一种特殊形式，因其强烈的非线性、长距离传播能力和显著的单波特征在科学研究和实际应用中备受关注。与传统的内波相比，内孤立波可以携带更多的能量，在海洋中传播数百甚至上千公里而不散失，这使得内孤立波在海洋动力学、沉积动力学和环境影响研究中极为重要。

南海作为西太平洋面积最大的边缘海，其复杂的海底地形和水文条件为内孤立波的生成和演化提供了理想的自然条件，使其成为全球海洋内孤立波最为活跃的海区之一。发源于吕宋海峡和台湾海峡的内潮波传入南海，在宽广的大陆架、陡峭的陆坡地形，结合季节性强化的海水层结，极易演化形成超强内孤立波。世界上最大振幅内孤立波即发生在南海，振幅最高可达240m，水平流速为2.5m/s，垂向流速为0.5m/s。南海的内孤立波不仅在物理过程上独具特色，更是成为影响海洋与海床的重要自然力量，对海底沉积动力过程和生态环境产生显著作用。内孤立波在南海北部陆架陆坡地区的活动会对海底稳定性、沉积物侵蚀再悬浮、沉积物分布与地貌演变、海底的甲烷气体释放，以及营养盐的垂直混合与生物活动产生影响。因此，南海作为一个内孤立波活跃的区域，提供了一个独特的自然实验室。

本书旨在深入分析内孤立波在南海北部的形成与传播规律，重点讨论内孤立波对南海北部陆坡的地质过程、沉积过程、生态环境的影响。本书是作者所在团队近10年来研究成果的总结与凝练，通过翔实的调查与观测数据、室内实验与数值计算结果，尽可能全面地展现内孤立波在南海陆坡地区的重要作用。本书的出版得益于多个国家级科研项目的支持，包括国家自然科学基金重点项目“内孤立波对南海水合物试采区海底面稳定性影响研究（No.41831280）”、国家自然科学基金重大科研仪器设备研制专项“复杂深海工程地质原位长期观测设备研制（No.41427803）”、国家重点研发计划“海底沉积物力学特性的原位测试装置（No.2018YFC0309200）”，以及国家自然科学基金共享航次计划“南海北部海床流体迁移致灾机理重大科学考察实验研究（No.42349302）”等。这些重大研究项目不仅为我们提供了研究资金，更重要的是，它们赋予了我们探索未知、解答关键科学问题的机会。

全书共分9章，每一章都尽可能全面地分析了内孤立波的相关科学问题。第1章绪论，介绍了内孤立波的概念以及评述了内孤立波对海底作用的研究现状；第2章南海内孤立波，介绍了南海内孤立波的特征与识别、内孤立波的生成机制与传播演化、内孤立波在陆坡与陆架区的浅化破碎；第3章南海北部区域地质与沉积环境，介绍了南海北部地质构造演化与层序地层格架、南海北部地形地貌与沉积物类型分布、南海北部陆坡沉积环境；第4章内孤立波对海底边界层湍流混合的影响，介绍了原位观测系统研发与现场观测、湍流混合计算方法、观测期间内孤立波对海底边界层的湍流混合影响、典型内孤立波对海底边界层湍流混合过程的影响以及典型内孤立波对底边界层湍流混合的调节机制；第5章内孤立波对海底作用力及沉积物孔隙水压力响应，分析了南海内孤立波对海底面的作用力、内孤立波引起的孔隙水压力响应过程以及内孤立波对海底作用的影响深度；第6章内孤立波对海底沉积物的悬浮运输过程，介绍了内孤立波悬浮沉积物过程、内孤立波对南海北部沉积物的悬浮量评估、内孤立波对海底沉积物的雾状层形成与运输影响、内孤立波对南海北部悬浮颗粒物特征的影响以及内孤立波对悬浮颗粒物分布的控制作用；第7章内孤立波对底质地形的影响，介绍了南海北部水体剖面调查结果和室内实验海底高度变化特征、内孤立波改造海底地形地貌以及海底对内孤立波悬浮沉积物的影响；第8章内孤立波对海底甲烷释放的影响，介绍了海底甲烷释放模式及环境效应、内孤立波对海底甲烷释放影响的原位观测、内孤立波直接和间接影响海底甲烷释放机制；第9章内孤立波对海水生化性质与生物的影响，介绍了内孤立波对海水生化性质与生物影响的原位观测、内孤立波影响下生源要素的变化特征、内孤立波追踪过程叶绿素与细菌丰度分布特征、内孤立波追踪过程微生物的变化及结构特征以及内孤立波对底栖海洋生物的影响。

本书是中国海洋大学海洋工程地质研究团队集体成果的凝练。从内容的构思到章节的安排，再到每一章的执笔，都离不开研究团队的共同努力。全书编写分工如下：贾永刚、朱超祁构思了全书内容，规划了章节安排。第1章由朱超祁、冯学志、陈天、边昌伟、邹立等执笔；第2章由冯学志、田壮才等执笔；第3章由朱超祁、冯学志、田兆阳等执笔；第4章由边昌伟、王慧、张婷等执笔；第5章由陈天、王宏威等执笔；第6章由田壮才、王宏威等执笔；第7章由田壮才、郭煦等执笔；第8章由季春生、卢龙玉等执笔；第9章由冯学志、邹立等执笔。全书由朱超祁、冯学志统稿，詹贤达、张婷、杜澳棣、樊秀垚、王潇、张志成、卢龙玉、郭煦、窦乾明、张瑜梦参与了修改，贾永刚负责审校定稿。感谢所有参编人员对各自章节内容的深入挖掘和精心撰写。

研究工作不仅得到了国家自然科学基金委员会、科技部等机构的资助与大力支持，还得到了来自国内外不同研究机构知名学者的帮助与指导。广州海洋地质调查局、国家深海基地管理中心、自然资源部第一海洋研究所、自然资源部第二海洋研究所、中国科学院深海科学与工程研究所、中国地质调查局青岛海洋地质研究所、崂山实验室、海南省海洋地质调查研究院，以及美国北卡罗来纳州立大学、澳大利亚格里菲斯大学等单位的专家同行，在研究工作中给予了很大的帮助。他们的建议和指导对提升本书的科学性和实用性起到了不可替代的作用，在此向他们表示衷心的感谢！

内孤立波对南海北部陆坡影响的研究伊始，由于本书学术视野与知识水平的限制，以及所研究的科学问题的复杂性，书中难免存在不足之处，恳请广大读者不吝赐教，共同推动海洋科学研究的进步。

2024年12月

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本文摘自科学出版社2025年8月出版《内孤立波对南海北部陆坡影响研究》一书，内容有删节。标题为编者所加。

（本文编辑：焦健 jiaojian@mail.sciencep.com）

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