南海内波研究前沿与热点
郑全安1，陈 亮2,3,4，熊学军2,3,4*，胡筱敏2，杨光兵2,3,4
（ 1. 马里兰大学 大气海洋科学系，美国马里兰州 学院市 20742；
2. 自然资源部 第一海洋研究所，山东 青岛 266061；
3. 青岛海洋科学与技术试点国家实验室 区域海洋动力学与数值模拟功能实验室，山东 青岛 266237；
4. 自然资源部 海洋环境科学与数值模拟重点实验室，山东 青岛 266061）
论文简介：
内波处于海洋亚中尺度过程最底端，是海洋能量级串研究不可逾越的重要环节。内波引起的湍流混合对上层海洋动力学和海洋内部热结构具有重要意义。内波引起的海水垂直运动将富含溶解氧和二氧化碳表层水输送到深水层，同时将富含营养盐的深层水输送到真光层，有助于提高海洋生物生产力和固碳作用。内波一方面引起海洋沉积物再悬浮，另一方面孤立内波具备物质水平输运功能，从而对陆架生态环境产生影响。内波的传播直接导致水下声导航运动物体偏航甚至失联等严重后果。特别超强孤立内波对所有海洋工程设施和水下航行载体都是灾难性的存在。因此，大力开展海洋内波研究，提供局地实时精准内波预报服务，是所有海洋产业开发、水下航行活动安全保障必须重视的课题。南海陆架宽广、海底地形陡变为内波生成与演化提供了有利条件。在季风气候条件下，海区层结得以季节性强化。海区东部和东北部分别与吕宋海峡和台湾海峡相连，内潮波直接传入海区，演化成超强孤立内波波包。因此，南海成为全球海洋中内波最活跃海区之一。最近南海的锚系观测发现，孤立内波振幅高达240 m，为世界之最。
本文是我刊特约综述文章，第一作者为该领域资深学者。文中着重介绍了2015年以来南海内波研究取得的重要发现和突破性成果。通过分析翔实的数据和信息，揭示了发展前沿以及关键学术与探测技术问题。提出了借鉴邻近海区研究成果、引入人工智能技术、开发南海内波精准预报模式的迫切性和可行性。
这篇文章学术观点宏观、新颖，以现场观测成果为主线，取材广泛，信息丰富，文笔流畅，图文并茂，推荐读者一读。
作者简介：
郑全安，男，1943-09出生，1966-07毕业于吉林大学物理系，1987-03获中国科学院海洋研究所物理海洋学专业理学博士学位。现为美国马里兰大学大气与海洋科学系荣休研究员，国家海洋局第一海洋研究所首席海洋物理学家，《海洋学报（英文版）》副主编和《海洋与湖泊（英文版）》编委，《Nature》子刊《Scientific Reports》编辑。曾兼任美国哥伦比亚大学客座研究员、中国科学院海洋研究所客座研究员、厦门大学讲座教授、 广东海洋大学讲座教授。从事物理海洋学、卫星海洋学、海洋遥感物理学研究。在国内外学术刊物上发表学术论文200余篇。论文被引用28,250次（截止2022年10月28日），h-指数 38。获国家科技进步二等奖一项（第一完成人），国家海洋局科技进步一、二等奖五项（均为第一完成人），广东省科技合作奖一项（第一完成人）。在国内外培养了一批优秀的硕、博士研究生。
论文摘要：
内波为发生在层结海洋内部的亚中尺度波动，是物理海洋学研究，特别是海洋混合及能量级串研究，不可或的缺环节。孤立内波的突发性巨大冲击能量可对水下航行和工程设施构成灾难性威胁，实现实时监测与预报海洋内波具有重大现实意义。南海是全球海洋中超强内波多发海区之一。长期现场观测表明，吕宋海峡以西海域内孤立波振幅高达150～200 m，且终年发生。因此，南海是目前海洋内孤立波观测与研究热点海域。本文以2015年至2021 年间发表的论文为依据，评述南海内波研究新进展，认为7 a 来研究成果取得质的提升。第一，实现了由卫星为主要手段2D 观测到以卫星与潜标同步3D 观测为主要手段的提升。由此催生出振幅240 m 超强内孤立波、中尺度涡对内波的调制作用、重现周期23 h 内孤立波、浅海内孤立波裂变现象、深海盆内波及动能级串等创新成果。第二，研究区开始呈现向中部深海盆扩展趋势。迄今为止，南海内波观测与研究集中在吕宋海峡以西和北部陆架，现已出现向中部深海盆扩展趋势。第三，海洋探测高新技术应用于南海内波观测与研究，取得了突破性成果。由卫星高度计沿轨海面高度场二维平面波分解技术得出的南海M2 内潮辐射图，解决了多年争论不休的南海北部内波生成机制和生成源地问题。人工智能技术成功应用于建立南海邻近的边缘海内波传播预报模式。模式预报的一个潮周期之后内波波峰线位置与后续卫星图像上显示的位置之间的平均相关系数达95%，平均距离均方根差为3 km。快速深潜剖面浮标技术应用于南海北部深海盆，得出0～3 500 m 全水深内波波段（周期为0.1～1.8 d）波动引起的水温起伏幅度垂直分布。高分辨水下声成像技术，包括人工地震技术和回声探测仪，成功应用于南海北部陆架内波观测与研究。其中回声探测仪图像空间分辨率达10 cm，清楚显示出内孤立波波包精细结构，可精确测得水平尺度仅为2 m 的孤立波特征半宽度。可以预期，大量科学研究成果的积累,特别是采用人工智能技术建立内波传播预报模式的成功实例，必将为开发南海内波精准预报模式奠定基础。
关键词：海洋内波，内孤立波裂变，内潮辐射图，水下声成像，南海
引用格式：郑全安, 陈亮, 熊学军, 等. 南海内波研究前沿与热点[J]. 海洋科学进展, 2022, 40(4):564-580. ZHENG Q A, CHEN L, XIONG X J, et al. Research frontiers and highlights of internal waves in the South China Sea[J]. Advances in Marine Science, 2022, 40(4):564-580.
