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在深海与上层海洋物质能量交换动力来源研究中取得新进展，通过携带海流计的深海逆式回声仪（CPIES）阵列观测资料，定量揭示了深海近惯性内波能量来源及其调控机制。相关成果发表于国际学术期刊Deep-Sea Research Part I。

深层海水密度大，要回升到海洋上层，必须依靠混合过程提供机械能。上世纪末，著名物理海洋学家Munk和Wunsch估算指出，维持全球深层翻转环流所需的混合能量主要来自风和潮汐。这一认识改变了人们对深海与上层海洋物质能量交换动力来源的理解，也留下了一个长期悬而未决的问题：风能主要输入海洋上层，它如何穿越数千米层化海水，最终抵达海底？近惯性内波被认为是其中的关键载体：风吹过海面后，上层海水在地球自转作用下像钟摆一样往复旋转，形成近惯性内波，把风能暂存于上层海洋；海洋上暖下冷的层结虽然阻碍了海水的上下交换，这种内波却能以波动形式在水层之间“接力”，把能量向深处传递。然而，抵达海底的近惯性能量究竟有多少来自上层、又受哪些因素调控，长期缺乏大范围、长时间观测的定量回答。

研究团队分析了黑潮延伸体区域一个由46个站位组成、覆盖约600公里×600公里海域、连续观测近两年的CPIES阵列资料（图1）。研究发现，海面风能经上层近惯性内波向海底传递，传递效率受涡旋和层结调控。海底近惯性内波能量的变化68%与上层海洋过程相关，其中上层近惯性内波输入、海洋层结和涡旋的贡献分别约占28%、26%和14%；其余32%与海底附近的局地海流有关（图2）。研究进一步阐明了层结与涡旋的调控作用：层结越强，内波向下传播越慢、途中损耗越大，犹如一道“闸门”；北半球顺时针旋转的反气旋涡则会削弱地球自转对内波的“束缚”，使内波更快地向下传播并向涡心汇聚，形成“惯性烟囱”，逆时针旋转的气旋涡作用则相反。这项工作在观测上把海面风场、上层海洋与深海海底串联为一条完整的能量通道，为改进海洋混合参数化方案、评估全球海洋能量收支提供了定量约束。

图1 黑潮延伸体区域CPIES观测阵列站位与海底地形

图2 海底近惯性内波能量变化的来源构成示意图

这一结果意味着，深海并非一潭静水：海面风暴的影响能在层结与涡旋的调控下直达海底，深海温盐结构在从数小时到季节的多个时间尺度上持续变化，零星的船载观测难以把握，需要长期、连续、全水深的原位观测。坐底式深海逆式回声仪正是国际上广泛应用的这类观测设备。它安放在海底，不受海面风浪影响，既能长期自主“值守”深海温盐结构，也能捕捉近惯性内波、内潮、内孤立波等快速变化过程。多站位组网后，单点剖面可扩展为随时间演变的三维温盐—声速场，即兼顾三维空间与时间的“四维场”，并为数值模式同化提供连续约束。在远离近海验证场的深海，阵列还可对卫星测高、基于卫星观测重构的水下温盐场及内波观测等产品开展独立的现场检验，形成“天上测表、海底测里”的互补。这类长期自主观测获取的温盐与声速剖面，在海洋环境预报和深海工程等方面具有广阔的应用前景。温盐结构的变化直接影响声音在水下的传播路径和传播损失，将这些数据与声传播模型结合，可支撑声道结构与传播条件评估和水声环境预报，为水下探测、通信提供水声环境保障。

本文第一作者为博士研究生穆玉蓉，通讯作者为徐永生研究员。研究工作得到国家自然科学基金—山东联合基金重点项目、中国科学院科研仪器设备研制项目等的支持。

论文信息：

Mu, Y. R., & Xu, Y. S.* (2026). Processes governing bottom near-inertial wave energy in the Kuroshio Extension based on CPIES observations. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 232, 104764. https://doi.org/10.1016/j.dsr.2026.104764