近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室海洋环境模拟与应用技术研究团队在南海北部内孤立波三维数值模拟研究方面取得新进展。团队推出了南海北部内孤立波数值模型的新版本（ISWNM-NSCS v2.0，图1），显著提升了内孤立波特征预报的精度与稳定性。相关成果以“ISWNM-NSCS v2.0: advancing the internal solitary wave numerical model with background currents and horizontally inhomogeneous stratifications”为题，发表在《Geoscientific Model Development》期刊上。

图1 南海北部内孤立波三维数值模型v2.0模拟结果

南海北部内孤立波主要是由来自太平洋的潮流通过吕宋海峡水下陡峭的海脊所激发产生的一种大振幅强非线性内波，对海洋混合、生态环境、海洋工程及水下航行安全等具有重要影响。受南海北部复杂地形和背景环流影响，如何精确预报内孤立波的生成传播演变规律具有很大的挑战性。

本研究在原有模型ISWFM-NSCS v1.0的基础上（Gong et al.,2023,GMD），进一步引入了背景流场和水平非均匀层化结构（图2），以更真实地刻画内孤立波的传播时间、垂向振幅、波致流速、半波宽度和传播方向等关键特征。同时，通过优化水平与垂直方向的黏性和扩散系数，在保证模型数值稳定性的前提下，有效延长了模型的预报时效；基于东沙岛附近现场观测数据对模型性能进行了系统评估，并开展了一系列敏感性试验，以分析各项更新的独立贡献。与上一代模型相比（图3），ISWNM-NSCS v2.0 在内波到达时间预报方面精度提升37%，垂向振幅精度提升34%，波致流速精度提升25%，半波宽度预报能力显著提高85%。

该模型的成功研发将为海洋环境安全保障、海洋资源开发和可持续发展等提供更为可靠的预报工具。

图2 ISWFM-NSCS v1.0（a）与ISWNM-NSCS v2.0（b）的模式配置差异

图3 ISWFM-NSCS v1.0（红色）与ISWNM-NSCS v2.0（黑色）对内孤立波波动特征预报精度的对比

该成果第一作者为南海海洋所副研究员龚延昆，通讯作者为南海海洋所研究员蔡树群，合作者包括中国海洋大学教授陈学恩，自然资源部第二海洋研究所研究员朱小华、副研究员赵瑞祥等人。该研究获得国家自然科学基金（42130404,42206012,42276022,42176025,42276011,U23A2032）、广东省自然科学基金（2024A1515012703,2024A1515012549）、中国科学院项目（XDA0370304,SCSIO2023QY02,LTOZZ2205）等的联合资助。 

相关论文信息：Gong,Y.,Chen,X.,Xu,J.,Chen,Z.,He,Q.,Zhao,R.,Zhu,X.-H.,and Cai,S.:ISWNM-NSCS v2.0: advancing the internal solitary wave numerical model with background currents and horizontally inhomogeneous stratifications,Geosci. Model Dev.,18,5413–5433,2025.

Gong,Y.,Chen,X.,Xu,J.,Xie,J.,Chen,Z.,He,Y.,and Cai,S.:An internal solitary wave forecasting model in the northern South China Sea (ISWFM-NSCS),Geosci. Model Dev.,16,2851–2871,2023.

原文链接：https://doi.org/10.5194/gmd-18-5413-2025

          https://doi.org/10.5194/gmd-16-2851-2023