近日，中国科学院海洋研究所海洋观测装备研发与应用研究组通过压力传感逆式回声仪（PIES）观测阵列，系统揭示了风应力、混合层深度与背景涡度等多重环境因子对近惯性内波能量的联合调控机制，相关成果发表于国际学术期刊Progress in Oceanography。

海洋内波是连接大尺度环流与小尺度湍流的重要动力通道，在调控海洋物质输运与能量传递方面发挥着关键作用，被广泛认为是理解全球海洋能量级联与动力系统演变的关键物理过程。近惯性内波是海洋内波能量中最重要的组成部分之一，但其在区域尺度上的能量变化及主控机制，长期以来受限于观测手段和空间覆盖不足，难以得到定量刻画。研究团队依托覆盖黑潮延伸体约30万平方公里、持续近2年的PIES阵列观测，首次在观测约束下系统描绘了近惯性内波这一内波能量主体在区域尺度上的时空变率特征。研究定量评估了风致近惯性能量输入（WNEF）、混合层深度（MLD）与背景相对涡度（ζ）三大环境因子对近惯性能量变化的相对贡献。通过构建多元线性回归模型，研究发现风能输入贡献占比为39%，混合层深度为41%，背景涡度为20%。结果表明，风应力是近惯性能量的主要输入来源，混合层则作为“能量蓄水池”发挥调节作用，影响能量在垂向上的存储与传输；而背景涡度通过“放大器效应”，在反气旋涡旋（负涡度）环境中显著增强能量向深层的聚集与传播。该研究实现了近惯性内波能量研究从定性认识向定量归因的重要突破，为改进海洋混合过程参数化方案提供了关键观测依据，也为深入理解海洋内波能量的生成、调制及其向深海传递的物理机制奠定了坚实的观测基础。

PIES观测到的近惯性振荡内波（NIWs）幅度变化（左）；PIES阵列区域NIWs与WNEF、MLD和ξ之间的关系（右）

本研究成果的取得，核心在于充分利用了PIES阵列在大范围、多要素同步观测方面的独特优势。PIES是一种深海坐底式声学观测仪器，部署灵活、运行稳定、成本相对可控且不受上层海况影响，通过反演PIES阵列能够获取高时空分辨率的四维（三维空间与时间）温度、盐度、地转流及声速场等关键海洋环境信息，是国际上开展大范围海洋环境监测的关键装备。研究团队长期致力于PIES的自主研发与应用，不仅成功研制出了国产化PIES，还开发了全球首个具备远程水声控制与数据传输功能的PIES系统——RT-PIES，实现了深远海环境下观测设备的智能化控制与实时数据获取。此外，团队通过观测方案优化与反演方法改进，将PIES阵列的观测能力从海洋中尺度和内波扩展至亚中尺度和海浪。这些成果有效拓展了PIES观测的科学内涵与应用场景，为我国构建自主可控的海洋立体观测体系提供了技术支撑。

本文第一作者为徐永生研究员指导的博士生穆玉蓉，徐永生研究员为通讯作者。本研究得到了基金委联合基金与汉江国家实验室开放基金的资助支持。

论文信息：

Mu, Y.,Xu,Y.*, et al. Variability of near-inertial internal wave energy in the Kuroshio Extension from CPIES array observations. Prog. Oceanogr.241,103650 (2026). https://doi.org/10.1016/j.pocean.2025.103650

相关论文：

Han,J.,Xu,Y*. et al. Deep kinetic energy response to the variability of the Kuroshio Extension. Journal of Geophysical Research: Oceans,129(10),e2024JC020951(2024).  https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2024JC020951.

郭平, 徐永生*等. 基于PIES观测东沙群岛附近声传播变化[J]. 应用海洋学学报, 43(2): 333-341 (2024).