近日，Journal of Physical Oceanography在线发表了海洋与大气学院的最新科研成果“Spectral Features of Internal Waves in the South China Sea”（南海内波谱特征）。该成果第一作者为海洋与大气学院青年教师孙惠博士，通讯作者为海洋与大气学院/物理海洋教育部重点实验室杨庆轩教授。
内波作为海洋内部混合的最主要驱动力之一，对于动量、能量、营养物质和溶解气体的垂直输送和再分配至关重要。内波谱揭示内波能量在不同时空尺度上的分布特点，是深入理解内波场特征和准确估算内波混合强度的关键环节。全球内波谱特征表现出显著的时空变异性，并不总是与经典GM谱模型的ω-2和k-2幂律相吻合。鉴于南海的内波活跃且种类不一，并与多种其他尺度过程并存，其谱特征空间变化规律仍未可知。
为深入探究此问题，本研究基于南海的CTD和LADCP数据，引入机器学习领域的聚类分析方法，揭示了南海内波的剪切波数谱与拉伸波数谱的不同形状及相关谱特征的三维分布规律。结果表明，南海深层内波拉伸谱呈现出明显的高波数谱峰特征，且通常伴随着较高的剪切拉伸比，即强烈的近惯性内波信号（图1）。结合高分辨率模式数据的分析，佐证了南海深层存在强近惯性内波的事实。此外，本研究提出了利用内波谱斜率来估算剪切拉伸比的公式，为完善以剪切拉伸比为关键参数的GHP参数化方法（用于估算湍动能耗散率）提供了新视角。本研究深化了人们对南海内波场特征、内波谱特征、内波混合参数化发展等方面的认识，为理解海洋多尺度动力过程相互作用及能量传递、分配奠定基础。
图1.南海内波谱的聚类分析结果。（a）各类内波谱的占比情况。（b）各类内波谱的谱型，实线表示拉伸谱，虚线表示剪切谱。（c）各类内波谱对应的剪切拉伸比分布图，较高的剪切拉伸比指示着强烈的近惯性内波。（d）内波谱类型的三维空间分布。
发表文章列表：
Sun, H., Q. Yang*, J. Li, W. Zhao, and J. Tian. Spectral Features of Internal Waves in the South China Sea. Journal of Physical Oceanography, 2025, JPO-D-24-0098.1
文章链接：https://doi.org/10.1175/JPO-D-24-0098.1.