藏在南海深處的 “隱形波浪”：這本新書揭秘內(nèi)孤立波如何影響陸坡環(huán)境

責(zé)任編輯：焦健 jiaojian@mail.sciencep.com

本書深入總結(jié)了內(nèi)孤立波在南海北部陸坡的形成機(jī)制和傳播規(guī)律，重點(diǎn)探討了內(nèi)孤立波對(duì)陸坡地質(zhì)過程、沉積過程和海洋生態(tài)環(huán)境的影響。通過翔實(shí)的觀測數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的理論分析，本書全面展現(xiàn)了內(nèi)孤立波如何通過其動(dòng)力學(xué)特性重塑海底并影響海洋生物多樣性與生態(tài)平衡。

本書是海洋學(xué)者、地質(zhì)學(xué)者和環(huán)境研究者的必讀之選，特別適合那些專注于海洋動(dòng)力學(xué)、沉積動(dòng)力學(xué)及海洋生態(tài)保護(hù)的專業(yè)人員。此外，涉及海底工程設(shè)計(jì)與資源開發(fā)的工程師也將從中獲得寶貴的洞察，以更好地理解和應(yīng)對(duì)海洋環(huán)境中的復(fù)雜挑戰(zhàn)。

序 一

內(nèi)孤立波在南海的強(qiáng)度和活躍度為全球之最，南海內(nèi)孤立波的生成和演變機(jī)制也最為復(fù)雜。南海，作為一個(gè)充滿神秘和活力的海域，其地質(zhì)特征和海洋環(huán)境的復(fù)雜性決定了內(nèi)孤立波在這一地區(qū)的重要性和獨(dú)特性。南海內(nèi)孤立波以其高能量和長距離傳播的特性在海洋科學(xué)研究中被廣泛研究。然而，對(duì)其如何影響深海沉積環(huán)境和海底工程的理解還相對(duì)有限。中國海洋大學(xué)賈永剛教授團(tuán)隊(duì)所著的《內(nèi)孤立波對(duì)南海北部陸坡影響研究》提供了一種新的視角來探討這些重要領(lǐng)域。

在該書中，賈永剛教授研究團(tuán)隊(duì)不僅概述了內(nèi)孤立波的研究歷史與基本概念，還詳細(xì)闡明了內(nèi)孤立波的傳播特性；更難能可貴的是，他們基于自主研發(fā)的海底原位觀測裝備，全面地探討了內(nèi)孤立波如何影響南海北部的沉積動(dòng)力過程與生態(tài)環(huán)境。著者利用翔實(shí)的實(shí)地調(diào)查資料、長期的原位觀測數(shù)據(jù)，綜合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與數(shù)值分析，系統(tǒng)地分析了內(nèi)孤立波如何重塑海底，并影響海洋生態(tài)，為理解這些復(fù)雜的地質(zhì)過程與生態(tài)環(huán)境效應(yīng)提供了科學(xué)的解釋與獨(dú)特的視角。該書不僅為海洋科學(xué)研究者提供了珍貴的觀測數(shù)據(jù)和深入的理論分析，增進(jìn)了我們對(duì)內(nèi)孤立波地質(zhì)作用的理解，也為海底工程設(shè)計(jì)與實(shí)施、災(zāi)害預(yù)防及海洋資源管理、政策制定提供了參考。

我有幸提前閱讀了《內(nèi)孤立波對(duì)南海北部陸坡影響研究》這部著作，認(rèn)為該書是一部集科學(xué)研究與實(shí)際應(yīng)用為一體的重要著作。該書不僅是南海地質(zhì)研究的重要成果，也為全球類似海洋環(huán)境下的科學(xué)研究提供了方法論的借鑒。我推薦工程地質(zhì)學(xué)者、海洋地質(zhì)學(xué)者、沉積學(xué)者以及地球系統(tǒng)科學(xué)的研究人員閱讀這部著作，以獲得對(duì)內(nèi)孤立波現(xiàn)象及其地質(zhì)影響更全面的認(rèn)識(shí)。

彭建兵

中國科學(xué)院院士

2025年3月

序 二

當(dāng)我們探索地球最深?yuàn)W的自然現(xiàn)象時(shí)，海洋，這個(gè)我們星球上最廣闊而未知的領(lǐng)域，總能以其獨(dú)特的方式挑戰(zhàn)我們的知識(shí)邊界。內(nèi)孤立波，作為海洋中一個(gè)復(fù)雜且引人入勝的現(xiàn)象，因其在地球系統(tǒng)和海洋生態(tài)中的重要角色而備受關(guān)注。《內(nèi)孤立波對(duì)南海北部陸坡影響研究》這本專著，由賈永剛教授及其團(tuán)隊(duì)編寫，為我們提供了一個(gè)全面深入的視角，以探索這些神秘波動(dòng)如何塑造南海北部陸坡的地質(zhì)和生態(tài)環(huán)境。

在該書中，著者總結(jié)了多年的研究成果，通過海底長時(shí)間序列的觀測數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算，深入分析了內(nèi)孤立波的形成機(jī)制、傳播特性及其對(duì)海底環(huán)境的多方面影響。南海，作為一個(gè)地質(zhì)活動(dòng)復(fù)雜和生物多樣性豐富的區(qū)域，為研究內(nèi)孤立波提供了一個(gè)理想的自然實(shí)驗(yàn)室。該書深入闡述了內(nèi)孤立波如何通過其強(qiáng)烈的動(dòng)力作用改變陸坡的沉積動(dòng)力過程，影響海底穩(wěn)定性，還詳細(xì)探討了內(nèi)孤立波如何影響海底甲烷的釋放及其對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響。

值得一提的是，著者在內(nèi)孤立波對(duì)海底甲烷釋放、海水生態(tài)性質(zhì)與生物多樣性的影響方面進(jìn)行了開創(chuàng)性的探索研究。通過翔實(shí)的觀測數(shù)據(jù)，深入的數(shù)據(jù)分析，該書展示了內(nèi)孤立波如何通過影響水合物狀態(tài)，促進(jìn)海底甲烷釋放；如何通過改變水體的物理和化學(xué)屬性，間接影響海洋生物的生存和分布。這一部分的研究不僅增強(qiáng)了我們對(duì)海洋生態(tài)動(dòng)態(tài)的理解，也對(duì)保護(hù)這些脆弱生態(tài)系統(tǒng)提供了科學(xué)指導(dǎo)。

《內(nèi)孤立波對(duì)南海北部陸坡影響研究》是一部極具價(jià)值的科學(xué)著作，它基于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)方法和實(shí)證研究，為我們提供了關(guān)于內(nèi)孤立波影響的深刻見解。該書不僅可供正在從事相關(guān)領(lǐng)域研究的科學(xué)家和學(xué)生學(xué)習(xí)，也對(duì)政策制定者和環(huán)境保護(hù)者提供了不可或缺的參考資料，幫助他們更好地理解海洋動(dòng)力過程及其環(huán)境影響。

在此，我向賈永剛教授和他的團(tuán)隊(duì)致以崇高的敬意，感謝他們?yōu)楹Ｑ罂茖W(xué)研究作出的杰出貢獻(xiàn)，并推薦這本書給所有對(duì)海洋科學(xué)、生態(tài)學(xué)以及環(huán)境科學(xué)有興趣的讀者。該書將引領(lǐng)我們進(jìn)一步探索內(nèi)孤立波的神秘世界，增進(jìn)我們對(duì)這一重要海洋現(xiàn)象的理解。

張偲

中國工程院院士

2025年4月

前 言

內(nèi)波，是海洋中的一種常見現(xiàn)象，指在水體的不同密度層之間由于地形或海洋動(dòng)力等驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的波動(dòng)。內(nèi)孤立波，作為內(nèi)波的一種特殊形式，因其強(qiáng)烈的非線性、長距離傳播能力和顯著的單波特征在科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用中備受關(guān)注。與傳統(tǒng)的內(nèi)波相比，內(nèi)孤立波可以攜帶更多的能量，在海洋中傳播數(shù)百甚至上千公里而不散失，這使得內(nèi)孤立波在海洋動(dòng)力學(xué)、沉積動(dòng)力學(xué)和環(huán)境影響研究中極為重要。

南海作為西太平洋面積最大的邊緣海，其復(fù)雜的海底地形和水文條件為內(nèi)孤立波的生成和演化提供了理想的自然條件，使其成為全球海洋內(nèi)孤立波最為活躍的海區(qū)之一。發(fā)源于呂宋海峽和臺(tái)灣海峽的內(nèi)潮波傳入南海，在寬廣的大陸架、陡峭的陸坡地形，結(jié)合季節(jié)性強(qiáng)化的海水層結(jié)，極易演化形成超強(qiáng)內(nèi)孤立波。世界上最大振幅內(nèi)孤立波即發(fā)生在南海，振幅最高可達(dá)240m，水平流速為2.5m/s，垂向流速為0.5m/s。南海的內(nèi)孤立波不僅在物理過程上獨(dú)具特色，更是成為影響海洋與海床的重要自然力量，對(duì)海底沉積動(dòng)力過程和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生顯著作用。內(nèi)孤立波在南海北部陸架陸坡地區(qū)的活動(dòng)會(huì)對(duì)海底穩(wěn)定性、沉積物侵蝕再懸浮、沉積物分布與地貌演變、海底的甲烷氣體釋放，以及營養(yǎng)鹽的垂直混合與生物活動(dòng)產(chǎn)生影響。因此，南海作為一個(gè)內(nèi)孤立波活躍的區(qū)域，提供了一個(gè)獨(dú)特的自然實(shí)驗(yàn)室。

本書旨在深入分析內(nèi)孤立波在南海北部的形成與傳播規(guī)律，重點(diǎn)討論內(nèi)孤立波對(duì)南海北部陸坡的地質(zhì)過程、沉積過程、生態(tài)環(huán)境的影響。本書是作者所在團(tuán)隊(duì)近10年來研究成果的總結(jié)與凝練，通過翔實(shí)的調(diào)查與觀測數(shù)據(jù)、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算結(jié)果，盡可能全面地展現(xiàn)內(nèi)孤立波在南海陸坡地區(qū)的重要作用。本書的出版得益于多個(gè)國家級(jí)科研項(xiàng)目的支持，包括國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“內(nèi)孤立波對(duì)南海水合物試采區(qū)海底面穩(wěn)定性影響研究（No.41831280）”、國家自然科學(xué)基金重大科研儀器設(shè)備研制專項(xiàng)“復(fù)雜深海工程地質(zhì)原位長期觀測設(shè)備研制（No.41427803）”、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“海底沉積物力學(xué)特性的原位測試裝置（No.2018YFC0309200）”，以及國家自然科學(xué)基金共享航次計(jì)劃“南海北部海床流體遷移致災(zāi)機(jī)理重大科學(xué)考察實(shí)驗(yàn)研究（No.42349302）”等。這些重大研究項(xiàng)目不僅為我們提供了研究資金，更重要的是，它們賦予了我們探索未知、解答關(guān)鍵科學(xué)問題的機(jī)會(huì)。

全書共分9章，每一章都盡可能全面地分析了內(nèi)孤立波的相關(guān)科學(xué)問題。第1章緒論，介紹了內(nèi)孤立波的概念以及評(píng)述了內(nèi)孤立波對(duì)海底作用的研究現(xiàn)狀；第2章南海內(nèi)孤立波，介紹了南海內(nèi)孤立波的特征與識(shí)別、內(nèi)孤立波的生成機(jī)制與傳播演化、內(nèi)孤立波在陸坡與陸架區(qū)的淺化破碎；第3章南海北部區(qū)域地質(zhì)與沉積環(huán)境，介紹了南海北部地質(zhì)構(gòu)造演化與層序地層格架、南海北部地形地貌與沉積物類型分布、南海北部陸坡沉積環(huán)境；第4章內(nèi)孤立波對(duì)海底邊界層湍流混合的影響，介紹了原位觀測系統(tǒng)研發(fā)與現(xiàn)場觀測、湍流混合計(jì)算方法、觀測期間內(nèi)孤立波對(duì)海底邊界層的湍流混合影響、典型內(nèi)孤立波對(duì)海底邊界層湍流混合過程的影響以及典型內(nèi)孤立波對(duì)底邊界層湍流混合的調(diào)節(jié)機(jī)制；第5章內(nèi)孤立波對(duì)海底作用力及沉積物孔隙水壓力響應(yīng)，分析了南海內(nèi)孤立波對(duì)海底面的作用力、內(nèi)孤立波引起的孔隙水壓力響應(yīng)過程以及內(nèi)孤立波對(duì)海底作用的影響深度；第6章內(nèi)孤立波對(duì)海底沉積物的懸浮運(yùn)輸過程，介紹了內(nèi)孤立波懸浮沉積物過程、內(nèi)孤立波對(duì)南海北部沉積物的懸浮量評(píng)估、內(nèi)孤立波對(duì)海底沉積物的霧狀層形成與運(yùn)輸影響、內(nèi)孤立波對(duì)南海北部懸浮顆粒物特征的影響以及內(nèi)孤立波對(duì)懸浮顆粒物分布的控制作用；第7章內(nèi)孤立波對(duì)底質(zhì)地形的影響，介紹了南海北部水體剖面調(diào)查結(jié)果和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)海底高度變化特征、內(nèi)孤立波改造海底地形地貌以及海底對(duì)內(nèi)孤立波懸浮沉積物的影響；第8章內(nèi)孤立波對(duì)海底甲烷釋放的影響，介紹了海底甲烷釋放模式及環(huán)境效應(yīng)、內(nèi)孤立波對(duì)海底甲烷釋放影響的原位觀測、內(nèi)孤立波直接和間接影響海底甲烷釋放機(jī)制；第9章內(nèi)孤立波對(duì)海水生化性質(zhì)與生物的影響，介紹了內(nèi)孤立波對(duì)海水生化性質(zhì)與生物影響的原位觀測、內(nèi)孤立波影響下生源要素的變化特征、內(nèi)孤立波追蹤過程葉綠素與細(xì)菌豐度分布特征、內(nèi)孤立波追蹤過程微生物的變化及結(jié)構(gòu)特征以及內(nèi)孤立波對(duì)底棲海洋生物的影響。

本書是中國海洋大學(xué)海洋工程地質(zhì)研究團(tuán)隊(duì)集體成果的凝練。從內(nèi)容的構(gòu)思到章節(jié)的安排，再到每一章的執(zhí)筆，都離不開研究團(tuán)隊(duì)的共同努力。全書編寫分工如下：賈永剛、朱超祁構(gòu)思了全書內(nèi)容，規(guī)劃了章節(jié)安排。第1章由朱超祁、馮學(xué)志、陳天、邊昌偉、鄒立等執(zhí)筆；第2章由馮學(xué)志、田壯才等執(zhí)筆；第3章由朱超祁、馮學(xué)志、田兆陽等執(zhí)筆；第4章由邊昌偉、王慧、張婷等執(zhí)筆；第5章由陳天、王宏威等執(zhí)筆；第6章由田壯才、王宏威等執(zhí)筆；第7章由田壯才、郭煦等執(zhí)筆；第8章由季春生、盧龍玉等執(zhí)筆；第9章由馮學(xué)志、鄒立等執(zhí)筆。全書由朱超祁、馮學(xué)志統(tǒng)稿，詹賢達(dá)、張婷、杜澳棣、樊秀垚、王瀟、張志成、盧龍玉、郭煦、竇乾明、張瑜夢參與了修改，賈永剛負(fù)責(zé)審校定稿。感謝所有參編人員對(duì)各自章節(jié)內(nèi)容的深入挖掘和精心撰寫。

研究工作不僅得到了國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科技部等機(jī)構(gòu)的資助與大力支持，還得到了來自國內(nèi)外不同研究機(jī)構(gòu)知名學(xué)者的幫助與指導(dǎo)。廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局、國家深海基地管理中心、自然資源部第一海洋研究所、自然資源部第二海洋研究所、中國科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所、中國地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所、嶗山實(shí)驗(yàn)室、海南省海洋地質(zhì)調(diào)查研究院，以及美國北卡羅來納州立大學(xué)、澳大利亞格里菲斯大學(xué)等單位的專家同行，在研究工作中給予了很大的幫助。他們的建議和指導(dǎo)對(duì)提升本書的科學(xué)性和實(shí)用性起到了不可替代的作用，在此向他們表示衷心的感謝！

內(nèi)孤立波對(duì)南海北部陸坡影響的研究伊始，由于本書學(xué)術(shù)視野與知識(shí)水平的限制，以及所研究的科學(xué)問題的復(fù)雜性，書中難免存在不足之處，懇請(qǐng)廣大讀者不吝賜教，共同推動(dòng)海洋科學(xué)研究的進(jìn)步。

2024年12月

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本文摘自科學(xué)出版社2025年8月出版《內(nèi)孤立波對(duì)南海北部陸坡影響研究》一書，內(nèi)容有刪節(jié)。標(biāo)題為編者所加。

（本文編輯：焦健 jiaojian@mail.sciencep.com）

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