渤海海冰模拟中波流相互作用(WCI)的影响机制及其热动力学效应

针对渤海海冰模拟精度不足的问题，研究人员构建了基于FVCOM-CICE-Un-SWAN的波流耦合模型(WCI)，揭示了WCI通过非保守力(Fw)改变表层流速方向、增强冰缘区拖曳力，使融冰期海冰消融速率提升的机制，同时发现混合层深度(MLD)最大增加15m，热容量(HC)增加5000 GJ/m2，为浅海冰情预测提供了新视角。

　　

渤海作为中国纬度最低的冬季结冰海域，其海冰灾害每年造成数十亿元经济损失。尽管前人研究了风、潮汐等大尺度动力因素对海冰的影响，但在边际冰区(MIZ)的模拟中仍存在显著偏差——这里波浪与海冰的相互作用会引发小尺度破碎效应，却长期被忽视。更关键的是，在平均水深仅18米的渤海，波流相互作用(WCI)如何影响海冰的热力学-动力学过程仍是未解之谜。

为此，中国研究人员基于FVCOM(有限体积海岸海洋模型)、CICE(海冰模型)和Un-SWAN(波浪模型)构建了耦合模型，以2015/2016年冬季渤海海冰为对象展开研究。技术方法上，通过对比考虑/忽略WCI的模拟实验，结合卫星数据验证；量化波浪破碎产生的非保守力(F^w)对表层流的调制作用；分析混合层热力学参数变化；并采用白冠破碎项(white-capping breaking term)表征波浪能量耗散。

波流相互作用对渤海海冰的影响
模拟显示WCI主要改变海冰密集度与厚度。融冰期，F^w与辽东湾MIZ表层流向一致时，拖曳力增强使海冰漂移速度提升，加速消融。白冠破碎项贡献了F^w的主要能量。

海冰与波浪、水流的相互作用
海冰覆盖区会衰减波高，但低密集度(<0.4)时对水流结构的改变更显著。冬季风浪作用下，MIZ内波高衰减幅度达16.52%。

WCI影响海冰的机制讨论
动力学上，F^w通过改变流速方向增强冰-水拖曳；热力学上，WCI使生长期MLD增厚15m，混合层HC增加5000 GJ/m²，加速热量垂向交换。

该研究首次阐明浅海WCI通过"波浪破碎-流场调制-热力协同"三重机制影响海冰演变的路径，为渤海冰情预报提供了物理机制更完备的模型框架。成果对评估船舶航行风险、优化海上工程抗冰设计具有直接指导价值，同时为全球变暖背景下边缘海冰区耦合过程研究提供了新范式。