海浪与小尺度海气相互作用团队在涌浪传播耗散研究获系列进展

涌浪——这种由远洋风暴催生的长周期海浪，能够携带巨大能量穿越半个地球，深刻影响沿海工程建设、航运安全乃至海气交换过程。然而，长期以来，海浪数值预报模型在预测涌浪到达时间上存在一个“固有缺陷”：预报结果总是比实际情况偏早。这究竟是为什么？近期，海洋动力-物理环境与智能感知全国重点实验室及海洋与大气学院海浪与小尺度海气相互作用研究团队在Journal of Physical Oceanography上连续发表了三项研究成果，从涌浪传播中的海流折射效应、到达时间误差的源头诊断，到跨洋盆能量耗散的卫星量化，系统性地解答了这一难题。下面逐一展开解读。

一、涌浪跨太平洋传播中海流折射效应的突破性认识

先聚焦太平洋。涌浪从南大洋一路向北，跨越整个太平洋——这段漫长的旅程并非直线行进。研究团队在Liu et al. (2026)中，首次利用球面波射线方程，结合从涡旋尺度到亚中尺度分辨率的海表流场数据，开展了为期一年的蒙特卡洛模拟，系统量化了海流对涌浪传播路径的影响。

结果令人瞩目：海流引起的折射效应可使涌浪传播路径延长最多10%至15%，直接导致到达时间整体向后推迟。与此同时，时空变化的海流还会促使涌浪频率发生“下移”，反而加速其传播。这两种效应互相博弈，使得涌浪到达时间的变化范围从提前半天到延迟两天不等——这恰恰解释了现有波浪模型预报系统性偏早的误差根源。换言之，若不考虑海流作用，模型就相当于遗漏了物理机制中的关键一环。本成果的第一作者兼通讯作者为刘庆翔教授。

二、印度洋涌浪到达时间误差的源头诊断与模型优化

从太平洋转向印度洋。团队在Sun et al. (2026)中，利用澳大利亚西海岸的高精度激光观测数据，评估了涌浪到达时间的模型预报误差。结果令人震惊：平均误差约为13小时，且所有模型预报均偏早，未出现一例偏晚的情况。

团队诊断出两大主要因素。首先，波浪模型中非线性四波相互作用的离散相互作用近似（DIA）参数化方案会高估低频涌浪能量，导致模拟的涌浪“移动”过快。其次，沿途海流的折射效应——即便观测站点附近海流较弱，远程海流仍能引入1至3小时的误差。研究还测试了更精确的四波相互作用计算方法（GMD和GQM），结果显示，采用这些方案后，到达时间误差可减少3至4小时。这一发现直接指明了模型优化的方向。第一作者为博士生孙晓宇，通讯作者为孙建教授与刘庆翔教授。

三、南大洋涌浪跨洋盆能量耗散的卫星量化研究

第三项研究聚焦于能量耗散。团队在Dai et al. (2026)中，利用中法海洋卫星（CFOSAT）上装载的波浪扫描仪（SWIM）提供的方位波谱数据，结合浮标观测、波浪后报以及气象再分析资料，成功追踪了1755条南大洋涌浪的跨太平洋传播轨迹，定量分析了长距离传播过程中的能量耗散与频谱演变规律。

关键发现：涌浪在传播过程中，其能量谱宽度单调递减——不同频率成分因群速度差异而逐渐分离，局部波场趋于“单色化”。量化结果表明，平均非破浪耗散率为2.09×10⁻⁷ m⁻¹，与先前研究处于同一量级。谱加权峰值波长在传播距离4000至10000公里范围内，每增加1000公里约增长11.3米。这些基于卫星的统计结果极大丰富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硬性约束。第一作者为硕士生戴为，通讯作者为孙建教授与刘庆翔教授。

四、研究意义与展望

这三项研究从传播机制、模型误差诊断到能量耗散量化，构建了一个完整的涌浪跨洋盆传播与消耗的认识框架。它们不仅深化了对海流–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及耗散源项参数化提供了关键支撑。提升海浪数值预报的精度与可靠性，这是实实在在的进展。

这些成果的背后，是研究团队长期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机构的紧密协作。下一步，他们将继续推进涌浪与海流、海气相互作用的前沿探索——毕竟，更准确的海洋环境预报，关乎海上安全，也关乎气候变化的应对。

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.