近日，中國(guó)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(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室海洋環(huán)境模擬與應(yīng)用技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)在南海北部?jī)?nèi)孤立波三維數(shù)值模擬研究方面取得新進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)推出了南海北部?jī)?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(bào)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?jī)?nèi)孤立波三維數(shù)值模型v2.0模擬結(jié)果

南海北部?jī)?nèi)孤立波主要是由來(lái)自太平洋的潮流通過(guò)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(qiáng)非線(xiàn)性?xún)?nèi)波，對(duì)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(bào)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(jìn)一步引入了背景流場(chǎng)和水平非均勻?qū)踊Y(jié)構(gòu)（圖2），以更真實(shí)地刻畫(huà)內(nèi)孤立波的傳播時(shí)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(shí)，通過(guò)優(yōu)化水平與垂直方向的黏性和擴(kuò)散系數(shù)，在保證模型數(shù)值穩(wěn)定性的前提下，有效延長(zhǎng)了模型的預(yù)報(bào)時(shí)效；基于東沙島附近現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型性能進(jìn)行了系統(tǒng)評(píng)估，并開(kāi)展了一系列敏感性試驗(yàn)，以分析各項(xiàng)更新的獨(dú)立貢獻(xiàn)。與上一代模型相比（圖3），ISWNM-NSCS v2.0 在內(nèi)波到達(dá)時(shí)間預(yù)報(bào)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(bào)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(kāi)發(fā)和可持續(xù)發(fā)展等提供更為可靠的預(yù)報(bào)工具。

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(duì)內(nèi)孤立波波動(dòng)特征預(yù)報(bào)精度的對(duì)比

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(shù)群，合作者包括中國(guó)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(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院項(xiàng)目等的聯(lián)合資助。?

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.

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

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