孙建、刘庆翔：海浪与小尺度海气相互作用团队在涌浪传播与耗散研究领域取得系列进展

近日，国际知名期刊Journal of Physical Oceanography连续发表了海洋动力-物理环境与智能感知全国重点实验室/海洋与大气学院海浪与小尺度海气相互作用团队的三项最新科研成果，分别从涌浪传播的海流折射效应、涌浪到达时间误差的源头诊断、以及跨洋盆能量耗散的卫星量化三个维度，系统性揭示了涌浪在全球海洋中的传播机制与消耗规律，为海浪数值预报模型的改进提供了重要科学依据。

一、涌浪跨太平洋传播中海流折射效应的突破性认识

涌浪是由强烈海洋风暴产生的长周期海浪，可以携带能量穿越整个大洋盆，对沿海工程、船舶航行和海气相互作用具有重要影响。然而，现有波浪数值预报模型在涌浪到达时间预测上存在显著误差，通常系统性地偏早于实际观测。团队在论文中（Liu et al., 2026），首次利用球面波射线方程，结合从涡旋分辨率到亚中尺度分辨率的多种海表流场数据，通过一年的蒙特卡洛模拟，系统量化了海流对南大洋至北太平洋涌浪传播的影响。

研究发现，海流引起的折射可以显著延长涌浪的传播路径（最多可达10%-15%），导致到达时间整体延迟；同时，时空变化的海流还会引起涌浪频率下移，从而加速涌浪传播。两种效应共同作用，使涌浪到达时间的变化范围宽达半天提前至2天延迟，与现有不考虑海流作用的波模型的预报误差高度吻合。这一发现从物理机制上解释了涌浪预报模型系统性偏早的原因，为模型改进提供了关键线索。

该成果第一作者和通讯作者为海洋与大气学院刘庆翔教授。

二、印度洋涌浪到达时间误差的源头诊断与模型优化

在论文中（Sun et al., 2026），团队将研究视角从太平洋拓展至印度洋，利用澳大利亚西海岸的高精度激光观测数据，系统评估了涌浪到达时间的模型预报误差。结果发现，印度洋涌浪到达时间的平均误差约13小时，模型系统性地偏早于观测，且没有出现偏晚的情况。

团队进一步识别了两个主要误差来源：一是波浪模型中非线性四波相互作用的离散相互作用近似（DIA）参数化方案，该方案会高估低频涌浪能量，导致模拟的涌浪提前到达；二是沿传播路径的海流折射，即使观测站点附近海流较弱，远程海流仍可引入1-3小时的到达时间误差。研究还测试了更为精确的四波相互作用计算方法（GMD和GQM），结果显示采用这些改进方案可将到达时间误差减少3-4小时。这一成果为波浪模型中源项参数化的优化提供了明确方向。

该成果第一作者为海洋与大气学院博士生孙晓宇，通讯作者为孙建教授和刘庆翔教授。

三、南大洋涌浪跨洋盆能量耗散的卫星量化研究

在论文中（Dai et al., 2026），团队充分利用中法海洋卫星（CFOSAT）波浪扫描仪（SWIM）的方位波谱数据，结合浮标观测、波浪后报和气象再分析数据，成功追踪了1755条南大洋涌浪的跨太平洋传播轨迹，系统量化了涌浪在长距离传播过程中的能量耗散与频谱演变。

研究发现，涌浪在传播过程中其能量谱宽度单调减小，这是由于不同频率成分因群速度差异而逐渐分离，导致局部波场趋向更加单色化。量化估算的平均非破浪耗散率为2.09×10⁻⁷ m⁻¹，与先前研究同数量级；谱加权峰值波长在4000-10000公里传播范围内每增加1000公里约增长11.3米，充分证实了频率色散在涌浪传播中的关键作用。这些基于卫星观测的统计结果，显著扩充了全球涌浪耗散特性的观测样本，为验证和改进波浪模型中的耗散源项参数化提供了重要约束。

该成果第一作者为海洋与大气学院硕士生戴为，通讯作者为孙建教授和刘庆翔教授。

四、研究意义与展望

这三项研究从传播机制、模型误差诊断和能量耗散量化三个维度，构建了涌浪跨洋盆传播与消耗的系统认识框架。研究成果不仅深化了对海流-涌浪相互作用物理机制的理解，还为精准预报涌浪到达时间、优化波浪模型中的非线性相互作用和耗散源项参数化提供了关键科学支撑，对提升海浪数值预报的精度和可靠性具有重要的理论价值和应用前景。

上述成果的取得离不开团队长期以来在海浪观测与模拟领域的深耕，以及与澳大利亚墨尔本大学等国内外多家科研机构的紧密合作。团队将继续推进涌浪与海流、海气相互作用的前沿研究，为提高海洋环境预报能力、保障海上安全和应对气候变化贡献更多科学智慧。

相关论文信息：

[1] Liu Q., Cao L., Shi S., Voermans J., Young I., Sun J., Babanin A. (2026). Swell Propagation through Ocean Surface Currents across the Pacific. Journal of Physical Oceanography.

[2] Sun X., Liu Q., Sun J., Jiang H., Babanin A. (2026). Swell Arrival Time in the Indian Ocean. Journal of Physical Oceanography.

[3] Dai W., Sun J., Sun X., Liu Q., Zhang W., Li R. (2026). Propagation and Dissipation of Southern Ocean Swells: A CFOSAT SWIM-Based Analysis. Journal of Physical Oceanography.

中国海大海气学院

编辑：李溪承

审核：孙建 陈霖锋 曹娟

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