藏在南海深處的 “隱形波浪”：這本新書揭秘內孤立波如何影響陸坡環境

責任編輯：焦健 jiaojian@mail.sciencep.com

本書深入總結了內孤立波在南海北部陸坡的形成機制和傳播規律，重點探討了內孤立波對陸坡地質過程、沉積過程和海洋生態環境的影響。通過翔實的觀測數據和系統的理論分析，本書全面展現了內孤立波如何通過其動力學特性重塑海底并影響海洋生物多樣性與生態平衡。

本書是海洋學者、地質學者和環境研究者的必讀之選，特別適合那些專注于海洋動力學、沉積動力學及海洋生態保護的專業人員。此外，涉及海底工程設計與資源開發的工程師也將從中獲得寶貴的洞察，以更好地理解和應對海洋環境中的復雜挑戰。

序 一

內孤立波在南海的強度和活躍度為全球之最，南海內孤立波的生成和演變機制也最為復雜。南海，作為一個充滿神秘和活力的海域，其地質特征和海洋環境的復雜性決定了內孤立波在這一地區的重要性和獨特性。南海內孤立波以其高能量和長距離傳播的特性在海洋科學研究中被廣泛研究。然而，對其如何影響深海沉積環境和海底工程的理解還相對有限。中國海洋大學賈永剛教授團隊所著的《內孤立波對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域。

在該書中，賈永剛教授研究團隊不僅概述了內孤立波的研究歷史與基本概念，還詳細闡明了內孤立波的傳播特性；更難能可貴的是，他們基于自主研發的海底原位觀測裝備，全面地探討了內孤立波如何影響南海北部的沉積動力過程與生態環境。著者利用翔實的實地調查資料、長期的原位觀測數據，綜合室內實驗與數值分析，系統地分析了內孤立波如何重塑海底，并影響海洋生態，為理解這些復雜的地質過程與生態環境效應提供了科學的解釋與獨特的視角。該書不僅為海洋科學研究者提供了珍貴的觀測數據和深入的理論分析，增進了我們對內孤立波地質作用的理解，也為海底工程設計與實施、災害預防及海洋資源管理、政策制定提供了參考。

我有幸提前閱讀了《內孤立波對南海北部陸坡影響研究》這部著作，認為該書是一部集科學研究與實際應用為一體的重要著作。該書不僅是南海地質研究的重要成果，也為全球類似海洋環境下的科學研究提供了方法論的借鑒。我推薦工程地質學者、海洋地質學者、沉積學者以及地球系統科學的研究人員閱讀這部著作，以獲得對內孤立波現象及其地質影響更全面的認識。

彭建兵

中國科學院院士

2025年3月

序 二

當我們探索地球最深奧的自然現象時，海洋，這個我們星球上最廣闊而未知的領域，總能以其獨特的方式挑戰我們的知識邊界。內孤立波，作為海洋中一個復雜且引人入勝的現象，因其在地球系統和海洋生態中的重要角色而備受關注。《內孤立波對南海北部陸坡影響研究》這本專著，由賈永剛教授及其團隊編寫，為我們提供了一個全面深入的視角，以探索這些神秘波動如何塑造南海北部陸坡的地質和生態環境。

在該書中，著者總結了多年的研究成果，通過海底長時間序列的觀測數據，結合實驗與數值計算，深入分析了內孤立波的形成機制、傳播特性及其對海底環境的多方面影響。南海，作為一個地質活動復雜和生物多樣性豐富的區域，為研究內孤立波提供了一個理想的自然實驗室。該書深入闡述了內孤立波如何通過其強烈的動力作用改變陸坡的沉積動力過程，影響海底穩定性，還詳細探討了內孤立波如何影響海底甲烷的釋放及其對海洋生態系統的影響。

值得一提的是，著者在內孤立波對海底甲烷釋放、海水生態性質與生物多樣性的影響方面進行了開創性的探索研究。通過翔實的觀測數據，深入的數據分析，該書展示了內孤立波如何通過影響水合物狀態，促進海底甲烷釋放；如何通過改變水體的物理和化學屬性，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了我們對海洋生態動態的理解，也對保護這些脆弱生態系統提供了科學指導。

《內孤立波對南海北部陸坡影響研究》是一部極具價值的科學著作，它基于嚴謹的科學方法和實證研究，為我們提供了關于內孤立波影響的深刻見解。該書不僅可供正在從事相關領域研究的科學家和學生學習，也對政策制定者和環境保護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力過程及其環境影響。

在此，我向賈永剛教授和他的團隊致以崇高的敬意，感謝他們為海洋科學研究作出的杰出貢獻，并推薦這本書給所有對海洋科學、生態學以及環境科學有興趣的讀者。該書將引領我們進一步探索內孤立波的神秘世界，增進我們對這一重要海洋現象的理解。

張偲

中國工程院院士

2025年4月

前 言

內波，是海洋中的一種常見現象，指在水體的不同密度層之間由于地形或海洋動力等驅動產生的波動。內孤立波，作為內波的一種特殊形式，因其強烈的非線性、長距離傳播能力和顯著的單波特征在科學研究和實際應用中備受關注。與傳統的內波相比，內孤立波可以攜帶更多的能量，在海洋中傳播數百甚至上千公里而不散失，這使得內孤立波在海洋動力學、沉積動力學和環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，其復雜的海底地形和水文條件為內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孤立波最為活躍的海區之一。發源于呂宋海峽和臺灣海峽的內潮波傳入南海，在寬廣的大陸架、陡峭的陸坡地形，結合季節性強化的海水層結，極易演化形成超強內孤立波。世界上最大振幅內孤立波即發生在南海，振幅最高可達240m，水平流速為2.5m/s，垂向流速為0.5m/s。南海的內孤立波不僅在物理過程上獨具特色，更是成為影響海洋與海床的重要自然力量，對海底沉積動力過程和生態環境產生顯著作用。內孤立波在南海北部陸架陸坡地區的活動會對海底穩定性、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，以及營養鹽的垂直混合與生物活動產生影響。因此，南海作為一個內孤立波活躍的區域，提供了一個獨特的自然實驗室。

本書旨在深入分析內孤立波在南海北部的形成與傳播規律，重點討論內孤立波對南海北部陸坡的地質過程、沉積過程、生態環境的影響。本書是作者所在團隊近10年來研究成果的總結與凝練，通過翔實的調查與觀測數據、室內實驗與數值計算結果，盡可能全面地展現內孤立波在南海陸坡地區的重要作用。本書的出版得益于多個國家級科研項目的支持，包括國家自然科學基金重點項目“內孤立波對南海水合物試采區海底面穩定性影響研究（No.41831280）”、國家自然科學基金重大科研儀器設備研制專項“復雜深海工程地質原位長期觀測設備研制（No.41427803）”、國家重點研發計劃“海底沉積物力學特性的原位測試裝置（No.2018YFC0309200）”，以及國家自然科學基金共享航次計劃“南海北部海床流體遷移致災機理重大科學考察實驗研究（No.42349302）”等。這些重大研究項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、解答關鍵科學問題的機會。

全書共分9章，每一章都盡可能全面地分析了內孤立波的相關科學問題。第1章緒論，介紹了內孤立波的概念以及評述了內孤立波對海底作用的研究現狀；第2章南海內孤立波，介紹了南海內孤立波的特征與識別、內孤立波的生成機制與傳播演化、內孤立波在陸坡與陸架區的淺化破碎；第3章南海北部區域地質與沉積環境，介紹了南海北部地質構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境；第4章內孤立波對海底邊界層湍流混合的影響，介紹了原位觀測系統研發與現場觀測、湍流混合計算方法、觀測期間內孤立波對海底邊界層的湍流混合影響、典型內孤立波對海底邊界層湍流混合過程的影響以及典型內孤立波對底邊界層湍流混合的調節機制；第5章內孤立波對海底作用力及沉積物孔隙水壓力響應，分析了南海內孤立波對海底面的作用力、內孤立波引起的孔隙水壓力響應過程以及內孤立波對海底作用的影響深度；第6章內孤立波對海底沉積物的懸浮運輸過程，介紹了內孤立波懸浮沉積物過程、內孤立波對南海北部沉積物的懸浮量評估、內孤立波對海底沉積物的霧狀層形成與運輸影響、內孤立波對南海北部懸浮顆粒物特征的影響以及內孤立波對懸浮顆粒物分布的控制作用；第7章內孤立波對底質地形的影響，介紹了南海北部水體剖面調查結果和室內實驗海底高度變化特征、內孤立波改造海底地形地貌以及海底對內孤立波懸浮沉積物的影響；第8章內孤立波對海底甲烷釋放的影響，介紹了海底甲烷釋放模式及環境效應、內孤立波對海底甲烷釋放影響的原位觀測、內孤立波直接和間接影響海底甲烷釋放機制；第9章內孤立波對海水生化性質與生物的影響，介紹了內孤立波對海水生化性質與生物影響的原位觀測、內孤立波影響下生源要素的變化特征、內孤立波追蹤過程葉綠素與細菌豐度分布特征、內孤立波追蹤過程微生物的變化及結構特征以及內孤立波對底棲海洋生物的影響。

本書是中國海洋大學海洋工程地質研究團隊集體成果的凝練。從內容的構思到章節的安排，再到每一章的執筆，都離不開研究團隊的共同努力。全書編寫分工如下：賈永剛、朱超祁構思了全書內容，規劃了章節安排。第1章由朱超祁、馮學志、陳天、邊昌偉、鄒立等執筆；第2章由馮學志、田壯才等執筆；第3章由朱超祁、馮學志、田兆陽等執筆；第4章由邊昌偉、王慧、張婷等執筆；第5章由陳天、王宏威等執筆；第6章由田壯才、王宏威等執筆；第7章由田壯才、郭煦等執筆；第8章由季春生、盧龍玉等執筆；第9章由馮學志、鄒立等執筆。全書由朱超祁、馮學志統稿，詹賢達、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，賈永剛負責審校定稿。感謝所有參編人員對各自章節內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基金委員會、科技部等機構的資助與大力支持，還得到了來自國內外不同研究機構知名學者的幫助與指導。廣州海洋地質調查局、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、中國科學院深海科學與工程研究所、中國地質調查局青島海洋地質研究所、嶗山實驗室、海南省海洋地質調查研究院，以及美國北卡羅來納州立大學、澳大利亞格里菲斯大學等單位的專家同行，在研究工作中給予了很大的幫助。他們的建議和指導對提升本書的科學性和實用性起到了不可替代的作用，在此向他們表示衷心的感謝！

內孤立波對南海北部陸坡影響的研究伊始，由于本書學術視野與知識水平的限制，以及所研究的科學問題的復雜性，書中難免存在不足之處，懇請廣大讀者不吝賜教，共同推動海洋科學研究的進步。

2024年12月

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本文摘自科學出版社2025年8月出版《內孤立波對南海北部陸坡影響研究》一書，內容有刪節。標題為編者所加。

（本文編輯：焦健 jiaojian@mail.sciencep.com）

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