近日，Journal of Physical Oceanography期刊在线发表物理海洋教育部重点实验室最新科研成果“Energy Cascade from Internal Solitary Waves to Turbulence via Near-N Waves in the Northern South China Sea”(《南海北部内孤立波到湍流混合的能量串级过程：高频近局地浮频率内波》)。该成果基于短期潜标观测和理论模型开展了下凹型内孤立波能量串级研究，发现在南海北部深水区内孤立波可将能量串级给近局地浮频率内波进而局地耗散，详细揭示了深水区内孤立波的能量串级过程，丰富了内孤立波耗散机理。研究成果由国防科技大学气象海洋学院青年学者张小将为第一作者，实验室赵玮教授为通讯作者，实验室多位成员参与的研究团队共同完成。

　　南海北部是全球海洋中内孤立波最强和最为活跃的海域。揭示该海域内孤立波的传播演化机理和能量耗散特征对理解南海北部陆架陆坡区内波耗散机理和生态环境变化具有重要意义，同时，对改进南海区域海洋环流模式的参数化方案、提升海战场环境保障能力也具有重要价值。前人研究表明，内孤立波的典型混合增强过程可以以多种方式出现。然而，以往的研究主要关注陆架陆坡浅水区内孤立波或裂变内孤立波的耗散机理，内孤立波到达浅水区前或裂变前在深水中传播时的能量耗散途径目前仍不清楚。

　　研究团队基于中国海洋大学南海潜标观测网资料，揭示了南海北部深水区内孤立波到湍流混合的能量串级过程：近局地浮频率内波。在内孤立波波形上，峰值频率为20cph的近局地浮频率内波出现在内孤立波的波谷处，并延伸到内孤立波的背面。大多数近局地浮频率内波发生在温跃层附近，其中近局地浮频率内波引起的等温线起伏最大振幅为12m。在内孤立波发生时间段，近局地浮频率内波的能量是内孤立波总能量的5%。不稳定性研究表明由于强剪切，强近局地浮频率内波区域的理查德森数（Ri）小于1/4，表明近局地浮频率内波是不稳定的并且可能迅速消散。基于KdV-Burgers方程的模拟再现了由于内孤立波的能量级联而形成的近局地浮频率内波，与观测基本吻合。

　　该研究揭示了南海北部深水区内孤立波到混合的能量串级途径，丰富了对该海域内孤立波的传播演化机理和能量耗散机制的认识。研究工作由三亚崖州湾科技城科技计划项目（Grant SKJC-2022-01-001）、国家自然科学基金（91958205, 41976008, 42076012, 42276205）等项目资助完成。

图：内孤立波传播过程中近局地浮频率内波水平流速矢量，图中红色剪头表示沿内孤立波传播方向，黑色箭头表示近局地浮频率内波的水平流速矢量

成果引用：ZHANG X. -J., X. -D. Huang, Y. -C Yang, W. Zhao*, H. -Z.Wang, C. -X. Yuan, and J. -W. Tian, 2023: Energy Cascade from Internal Solitary Waves to Turbulence via Near-N Waves in the Northern South China Sea. Journal of Physical Oceanography, 53, 1453-1466, https://doi.org/10.1175/JPO-D-22-0177.1.