天津
近日，中国科学院海洋研究所人工智能海洋学研究组在Science Advances发表最新研究成果，基于国际最新一代海洋测高卫星SWOT（Surface Water and Ocean Topography）观测数据，结合人工智能识别方法，首次构建了全球海洋内孤立波分布与振幅数据集，绘制出全球首幅高分辨率内孤立波分布图，首次系统揭示了海洋内孤立波的全球空间格局、振幅特征及其季节和潮汐变化规律。
内孤立波被称为海洋中的水下断崖，主要发生于海洋内部密度跃层附近，其最大振幅可超过200米，是海洋内部最强烈的非线性波动现象之一。内孤立波在海洋能量传输、海洋混合、物质输运以及海气相互作用过程中发挥着重要作用，同时对海上平台安全和海底工程建设等具有重要影响。然而，由于长期缺乏全球连续观测手段，内孤立波研究主要局限于局地海域和个例分析，其全球分布规律及强度特征一直缺乏系统认识。
SWOT卫星是美国NASA与法国CNES联合实施的新一代宽幅测高卫星，于2022年底发射，其搭载的Ka波段干涉测高仪（KaRIn）能够以约250米空间分辨率获取二维海表高度场，为全球海洋中小尺度动力过程观测提供了前所未有的能力。研究团队利用2023年7月至2025年3月期间SWOT卫星29个轨道周期、超过1.5万轨道数据，构建人工智能自动识别模型，实现了全球尺度内孤立波的自动检测与定量分析。
研究结果表明，全球内孤立波活动具有显著空间不均匀性。印度尼西亚海域、孟加拉湾、南海北部、亚马孙陆架、西印度洋和赤道太平洋等六个热点区域仅占全球海洋面积的约5.9%，却贡献了超过51%的内孤立波活动。其中，印度尼西亚海域和孟加拉湾是全球最活跃的内孤立波发生区域，而西印度洋和亚马孙陆架则孕育着全球最强的内孤立波事件。
图1 基于SWOT卫星观测构建的全球海洋内孤立波分布图及六大热点区域
进一步分析表明，全球内孤立波活动受到季节变化和月球潮汐周期的显著调制。大多数热点区域在夏秋季表现出更高的发生频率，而强内孤立波事件则与朔望潮周期密切相关。研究提出了“数量主导型”和“强度主导型”两类典型内孤立波活动模式。为了揭示不同海域内孤立波活动差异的形成机制，研究团队结合海洋层结构和海底地形参数，理论分析了非线性效应与色散效应对内孤立波演化过程的控制机制。
图2 全球海洋内孤立波活动热点及强度分布特征（A）内孤立波发生频次分布；（B）海表高度异常分布；（C）内孤立波振幅分布。结果表明，全球内孤立波活动具有显著空间异质性，主要集中于印度尼西亚海域、孟加拉湾、南海北部、西印度洋和亚马孙陆架等热点区域
该研究建立的全球内孤立波数据库不仅为认识海洋内部能量传输和海洋混合过程提供了新的观测依据，也为海洋环流模拟、气候模式参数化以及海洋灾害风险评估提供了重要基础数据支撑。
论文第一作者为中国科学院海洋研究所张旭东副研究员，通讯作者为李晓峰研究员，合作者还包括博士研究生周寅飞和王晓晨。研究得到了国家自然科学基金等项目资助。
论文信息：
Zhang, X., Zhou, Y., Wang, X., & Li, X.* Global Distribution and Amplitudes of Internal Solitary Waves Revealed by SWOT. Science Advances, 2026.
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aee0923
信息来源：中国科学院海洋研究所。
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