近日，中国科学院海洋研究所侯一筠、胡珀研究团队在浪流相互作用机制方面取得新进展，阐明了不同极端天气系统下波浪对风暴潮和海流的作用机制，研究成果发表于国际学术期刊Journal of Physical Oceanography。

波浪效应对沿岸海洋动力学至关重要，但目前波浪对海洋动力环境的作用机制（包括波浪调制表面应力、波浪调制底应力和三维波浪力等）尚不完全清楚。此外，每种机制的参数化方案选择较多，需要进行评估。该研究基于COAWST耦合模拟系统在渤黄海建立了三维浪-流耦合数值模式，探究了该半封闭海域的三种典型极端天气系统（冷空气、温带气旋和台风）期间波浪对风暴潮和海浪的作用机制，基于数值敏感性实分析和量化了三种耦合机制对表面应力、底应力和三维波浪力大小和方向的影响，评估了7种参数化方案下风暴潮和流场变化的显著性，总结了3种耦合机制下波浪增水和浪致余流的异同。

研究发现，波浪影响下的表面应力会使极值区域的风暴潮加强，而波浪影响下的底应力会改变风暴潮的空间分布，三维波浪力对水位的影响相对于表面应力和底应力小得多。总的来说，边界层切应力的变化和波浪引起的较大动量通量主要发生在近岸浅水区域。此外，该研究发现极端天气下，波浪引起的流场变化会形成流涡（图1）。气旋、反气旋流涡对应着波浪减水、增水，流涡的数量和强度随着风场强度的增强和旋度增加而增加。通过统计分析，推荐Drennan-Styles-McWilliams参数化方案组合，更适合中国近海北部（图2）。 

图1 波浪影响下最大风暴增水和表面流场变化形成的流涡（红圈代表反气旋流涡，蓝圈代表气旋流涡） 

图2 典型极端天气系统下不同组合参数化方案模拟所得风暴潮极值与18个验潮站实测风暴潮极值的对比

中国科学院海洋研究所莫冬雪助理研究员是论文第一/通讯作者，李水清特聘研究员为共同通讯作者，其他合作者包括胡珀研究员、侯一筠研究员和自然资源部北海预报中心李健高级工程师，研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海台风研究基金等项目的共同资助。

论文信息：

Mo, D.*, Hu, P., Li, J., Hou, Y., & Li, S.* (2024). Effect of wave-dependent mechanisms on storm surge and current simulation during three extreme weather systems. Journal of Physical Oceanography, 54(7): 1519-1543. https://doi.org/10.1175/JPO-D-23-0190.1