底波流强化近岸上升流锋面的动力学机制及其生态意义

针对波浪作用对海岸上升流锋面影响机制不清的问题，研究人员通过耦合波浪-环流模型(ROMS)揭示了底波流(bottom wave streaming)的双重效应：减弱沿岸流(along-shelf current)减少底部向岸埃克曼输运(Ekman transport)，同时增强垂向混合促进冷水上涌，最终强化了上升流锋面(upwelling front)的温度梯度。该研究为海岸带物质交换和生态系统研究提供了新视角。

　　

在浩瀚的海洋边缘，海岸上升流如同大自然的输送带，将深海的营养物质源源不断地送至表层，滋养着全球最富生产力的生态系统。这一过程形成的上升流锋面(upwelling front)，不仅是海洋生物活动的热点区域，更是调控海气相互作用和物质交换的关键界面。然而，传统研究多聚焦于风场、地形等宏观因素，对无处不在的波浪作用——尤其是被称为"底波流"(bottom wave streaming)的微观机制认识不足。这种因波浪底部摩擦产生的定向欧拉流(Eulerian current)，究竟如何影响锋面强度？这一科学谜题亟待破解。

中国国家重点研发计划资助的研究团队，在《Estuarine, Coastal and Shelf Science》发表的最新成果，首次系统揭示了底波流对上升流锋面的调控机制。研究采用区域海洋模型系统(ROMS)耦合峰值波谱模型，构建理想化大陆架数值实验。通过对比有无底波流效应的情景，结合波浪方向、波高和周期的敏感性测试，量化了非保守波浪效应(non-conservative wave effects)的动力学贡献。

关键技术方法
研究依托耦合波浪-环流模型，其中波浪模块求解波作用量守恒方程和折射方程。通过设置理想化大陆架地形(坡度1:100)和恒定沿岸风(10 m/s)，对比控制组(无波浪)与实验组(含底波流)的差异。采用涡粘系数(eddy viscosity)参数化波浪增强的垂向混合，定量解析动量耗散、埃克曼输运和温度梯度变化。

主要研究结果

近岸上升流锋面
无波浪情景下，沿岸风驱动表层离岸埃克曼输运，底部应力引发向岸补偿流，形成典型上升流环流。底波流的引入使沿岸流减弱15%，底部向岸输运量减少22%，但冷水上涌区温度梯度增强30%，锋面强度提升显著。

讨论
研究突破了传统波浪效应研究的保守力范畴(如斯托克斯-科里奥利力Stokes-Coriolis force)，首次阐明非保守的底波流通过"削弱水平输运-增强垂向混合"的双路径调控锋面。这种机制在各类波浪参数下均表现稳健，尤其当波浪传播方向与沿岸流呈30°-60°夹角时效应最强。该发现为理解上升流区突发性藻华和鱼类聚集现象提供了新解释。

结论
底波流通过增加涡粘系数削弱沿岸流，减少底部向岸埃克曼输运；同时增强的垂向混合促进深层冷水上涌，最终强化了上升流锋面的温度梯度。这种效应在波高2-4m、周期8-12s时最为显著。研究不仅完善了波浪-环流耦合理论，对海岸带生态系统管理和渔业资源评估具有重要实践价值。

研究意义
该成果将波浪作用研究从传统的保守力效应拓展至能量耗散领域，建立了波浪摩擦与锋面动力学的定量关系。为应对气候变化下波浪格局改变对海岸带的影响提供了理论工具，也为上升流区生态承载力评估注入了新参数。团队建议未来研究应结合现场观测(如海南岛西部上升流系统)验证模型结论，并探索底波流对浮游生物迁移的潜在影响。