黑潮高频非线性内波声学观测揭示中深层能量耗散新机制

日本研究人员通过长期声学多普勒流速剖面仪(ADCP)观测，首次在吐噶喇海峡黑潮中发现了周期3-5分钟的第二模态非线性内波(mode-2 NLIWs)，揭示其具有285°传播方向和119 cm s-1波速特征，为理解黑潮能量耗散机制提供了新视角。

　　

在浩瀚的西太平洋，黑潮作为全球最强的西边界流之一，其能量耗散机制一直是物理海洋学的核心问题。传统观测手段难以捕捉黑潮强流区的精细结构，而吐噶喇海峡复杂的地形与强劲的潮汐相互作用，更使得该区域成为能量转换的"热点"。日本鹿儿岛大学(Senjyu et al., Kagoshima University)的研究团队创新性地采用76.8 kHz远程声学多普勒流速剖面仪(ADCP)，在591米深度实施向上观测，首次捕获到黑潮中158-262米深度层存在周期仅3-5分钟的高频波动现象，相关成果发表在《Progress in Oceanography》。

研究团队通过60分钟滑动平均分离背景流，发现这些波动具有明显的昼夜出现规律，且与强黑潮背景流存在显著关联。关键技术包括：1) 8米空间分辨率、1分钟时间分辨率的ADCP观测；2) 基于信号时延的波向估计算法；3) 浮力频率计算与模态分解；4) 等密度面位移反演技术。观测期间同步开展的CTD温盐剖面测量为模态分析提供了关键层化参数。

【研究结果】

1. 波动特征统计：垂直积分振幅显示核心层(158-262米)波动能量集中，西向分量占主导，最大瞬时流速达-51.4 cm s^-1，可完全逆转黑潮东向流。

2. 典型事件分析：2015年11月20日事件显示波列由3-4个波包组成，伴随>10 cm s^-1的强下沉流，回声强度剖面揭示206-230米层存在凸起型密度异常。

3. 波动属性：通过四波束相位差计算获得285°传播方向，结合浮力周期(8-13分钟)远大于波动周期，确认为第二模态非线性内波(mode-2 NLIWs)。

4. 生成机制：推测东部海底山(约200米顶深)是可能的波源区，水平波长估算为71-143米，符合三层层化结构下凸起型模态波理论预测。

【结论与意义】
该研究首次证实吐噶喇海峡存在与黑潮-潮汐相互作用相关的高频mode-2 NLIWs，其最大流速层与传播方向的一致性(280.2° vs 285°)为凸起型模态波提供了直接证据。相较于第一模态波，这类波动更易在局地耗散能量，可能解释黑潮通过复杂地形时的动能损失机制。研究采用的单点ADCP波向反演方法为深海内波观测提供了新思路，结果对海洋能开发(如黑潮发电)的工程安全评估具有重要参考价值。未来需结合数值模拟与多平台观测，进一步阐明海底地形尺度与内波模态选择的定量关系。