近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境與島礁生態(tài)全國重點實驗室海洋環(huán)境模擬與應(yīng)用技術(shù)研究團隊在南海北部內(nèi)孤立波三維數(shù)值模擬研究方面取得新進展。團隊推出了南海北部內(nèi)孤立波數(shù)值模型的新版本（ISWNM-NSCS v2.0，圖1），顯著提升了內(nèi)孤立波特征預(yù)報的精度與穩(wěn)定性。相關(guān)成果以“ISWNM-NSCS v2.0: advancing the internal solitary wave numerical model with background currents and horizontally inhomogeneous stratifications”為題，發(fā)表在《Geoscientific Model Development》期刊上。

圖1 南海北部內(nèi)孤立波三維數(shù)值模型v2.0模擬結(jié)果

南海北部內(nèi)孤立波主要是由來自太平洋的潮流通過呂宋海峽水下陡峭的海脊所激發(fā)產(chǎn)生的一種大振幅強非線性內(nèi)波，對海洋混合、生態(tài)環(huán)境、海洋工程及水下航行安全等具有重要影響。受南海北部復(fù)雜地形和背景環(huán)流影響，如何精確預(yù)報內(nèi)孤立波的生成傳播演變規(guī)律具有很大的挑戰(zhàn)性。

本研究在原有模型ISWFM-NSCS v1.0的基礎(chǔ)上（Gong et al.,2023,GMD），進一步引入了背景流場和水平非均勻?qū)踊Y(jié)構(gòu)（圖2），以更真實地刻畫內(nèi)孤立波的傳播時間、垂向振幅、波致流速、半波寬度和傳播方向等關(guān)鍵特征。同時，通過優(yōu)化水平與垂直方向的黏性和擴散系數(shù)，在保證模型數(shù)值穩(wěn)定性的前提下，有效延長了模型的預(yù)報時效；基于東沙島附近現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)對模型性能進行了系統(tǒng)評估，并開展了一系列敏感性試驗，以分析各項更新的獨立貢獻。與上一代模型相比（圖3），ISWNM-NSCS v2.0 在內(nèi)波到達時間預(yù)報方面精度提升37%，垂向振幅精度提升34%，波致流速精度提升25%，半波寬度預(yù)報能力顯著提高85%。

該模型的成功研發(fā)將為海洋環(huán)境安全保障、海洋資源開發(fā)和可持續(xù)發(fā)展等提供更為可靠的預(yù)報工具。

該成果第一作者為南海海洋所副研究員龔延昆，通訊作者為南海海洋所研究員蔡樹群，合作者包括中國海洋大學(xué)教授陳學(xué)恩，自然資源部第二海洋研究所研究員朱小華、副研究員趙瑞祥等人。該研究獲得國家自然科學(xué)基金（42130404,42206012,42276022,42176025,42276011,U23A2032）、廣東省自然科學(xué)基金（2024A1515012703,2024A1515012549）、中國科學(xué)院項目（XDA0370304,SCSIO2023QY02,LTOZZ2205）等的聯(lián)合資助。

圖2?ISWFM-NSCS v1.0（a）與ISWNM-NSCS v2.0（b）的模式配置差異

圖3?ISWFM-NSCS v1.0（紅色）與ISWNM-NSCS v2.0（黑色）對內(nèi)孤立波波動特征預(yù)報精度的對比

相關(guān)論文信息：

Gong,Y.,Chen,X.,Xu,J.,Chen,Z.,He,Q.,Zhao,R.,Zhu,X.-H.,and Cai,S.:ISWNM-NSCS v2.0: advancing the internal solitary wave numerical model with background currents and horizontally inhomogeneous stratifications,Geosci. Model Dev.,18,5413–5433,2025.

Gong,Y.,Chen,X.,Xu,J.,Xie,J.,Chen,Z.,He,Y.,and Cai,S.:An internal solitary wave forecasting model in the northern South China Sea (ISWFM-NSCS),Geosci. Model Dev.,16,2851–2871,2023.

https://doi.org/10.5194/gmd-18-5413-2025

https://doi.org/10.5194/gmd-16-2851-2023

• 信息來源：中國科學(xué)院南海所。

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