近日，国际知名期刊Journal of Geophysical Research: Oceans在线发表了海洋与大气学院的最新科研成果“Modeling of Internal Tides in the Kara Gates Strait, Arctic Ocean: Characteristics and Energetics”（北极喀拉海峡内潮模拟研究：特征与能量学分析）。该成果第一作者是海洋与大气学院在读博士研究生姜增浩，中国极地研究中心李群研究员与海洋与大气学院/物理海洋教育部重点实验室陈旭教授为共同通讯作者。
巴伦支海-喀拉海（BKS）区域是北极海冰变化的敏感核心区。喀拉海峡不仅是该区域海冰输运与能量传递的关键枢纽，更是北极东北航道的重要节点，具有突出的科研价值与战略意义。喀拉海峡地形复杂且潮汐活动强盛，导致该区域海洋内波活跃。内波一方面可通过驱动海水垂向混合，调控海洋热收支平衡，进而影响海冰变化；另一方面还能通过改变海-气热量交换过程作用于大气环流，对欧亚中高纬度的天气与气候产生影响。此外，内潮分裂所激发的大振幅内孤立波，还可能对北极航道的通航环境构成潜在威胁。当前，针对喀拉海峡内波的研究仍较为匮乏，这不仅制约了学界对BKS区域海冰-气候相互作用机制的深入认知，也为北极航道的安全规划与运营带来了挑战。
本研究基于CROCO海洋数值模式，针对喀拉海峡M₂内潮的生成、传播及耗散过程开展了系统性探究。研究结果显示，除海峡中部已被发现的内潮源外，瓦伊加奇岛的陆坡区域是另一处重要的内潮生成源地，且其能量强度甚至超过了海峡中部区域（图1）。背景环流将内潮限制在瓦伊加奇岛陆坡外侧约10公里的范围内，形成了一种特殊的沿岸捕获波。此类沿岸捕获波以高模态结构为主，伴随强烈的垂直剪切作用与能量耗散现象，对北极边缘海的混合过程与水团转化具有重要影响。此外，通过拉格朗日滤波方法在海峡中央区域成功实现了内潮与山后波的分离，并分别评估了二者的耗散作用。结果表明，山后波引起的能量耗散范围可达10⁻⁷至10⁻⁶W/kg，与内潮引起的耗散水平相当（图2）。然而，在以往的多数研究中，山后波在驱动局部混合过程中的作用被严重低估。
本研究系统揭示了北极喀拉海峡附近复杂的多尺度内波动力学过程（图3），打破了对喀拉海峡附近海洋动力过程的传统认知，为深入理解北极潮汐混合机制提供了全新视角。
图1. (a)正压潮向斜压潮能量转化率（单位：W/m²），(b)M2内潮的能量通量（单位：W/m）。(c)深度积分斜压能量耗散率（单位：W/m²）与(d)深度平均的跨等密度面扩散系数（单位：m²/s）。
图2.沿海峡中线的能量耗散率垂直结构（对数形式，单位W/kg），(a)不区分内潮和山后波时的斜压能量耗散率（黑色线表示垂向平均结果），(b)和(c)分别表示经拉格朗日滤波后区分开的内潮和山后波引起的耗散，(d)中蓝、红色线分别表示内潮与山后波的垂向平均能量耗散率。
图3. 北极喀拉海峡区域多尺度内波动力学过程示意图。背景颜色表示水深，不同颜色的箭头表示不同的动力过程：粉色为山后波；红色为内潮；白色为沿岸捕获波。
发表文章列表：
Jiang, Z., Li, Q., Chen, X., Meng, J., & Qu, W. (2025). Modeling of internal tides in the Kara Gates Strait, Arctic Ocean: Characteristics and energetics. Journal of Geophysical Research: Oceans, 130, e2025JC022882.
文章链接：https://doi.org/10.1029/ 2025JC022882