海洋内波是发生在具有稳定密度层结的海水中的一种波动过程。内孤立波作为特殊的一种海洋内波，也被称作非线性内波。早期内孤立波的研究区域主要关注于中低纬度，目前已经形成了系统的认知。而对于高纬度地区内孤立波的生消过程的了解则仍显不足。在高纬度海域，海冰的存在是一个非常独特的环境因子，这一独有的环境特征使得内孤立波在极地的生成传播及耗散过程中呈现一些与中低纬度不同的机制与性质，因此研究极地内孤立波在海冰下的生成，传播及耗散过程对于推动高纬度内孤立波的理解认识十分重要。

低模态内孤立波是中低纬度内孤立波生消过程研究的主要对象，对于其破碎耗散过程的理解目前已经较为全面。近些年来，随着二模态内孤立波为代表的高模态内孤立波被越来越多的被观测到，二模态内孤立波存在时间较短，强耗散的特点也引起了注意。但目前对高模态内孤立波具体耗散机制的了解仍存在一定的不足，尤其是二模态内孤立波在背景剪切流中的耗散过程。因此重现二模态内孤立波在背景剪切流中的调制耗散过程，这对于揭示二模态内孤立波的局地湍流耗散过程，以及完善内孤立波理论体系都具有重要意义。

综上，本文通过结合非线性且非静力的数值模式及观测资料，针对高纬度区域及高模态内孤立波，开展了以下工作：

首先，回顾了中低纬度内孤立波的研究成果以及常用于内孤立波数值模拟的非线性，非静力MITgcm模式以及其在内孤立波相关工作中的应用情况。针对其模块化的结构进行了简单的阐释并介绍了几个对本文数值模式实验开展比较重要的模块的功能。

其后，模拟了高纬度海域正压潮流与冰脊相互作用，发现在这一过程中能够激发多模态内孤立波并伴随强混和过程。同时正压潮的能量也传递到了内孤立波中并向外传播。据此首次提出了在海冰覆盖的高纬度海区内孤立波的一种独特的生成机制，为研究冰脊下内孤立波的源区提供了新的思路。借助敏感性实验，证明了正压潮流强度和冰脊深度能够显著调制冰脊下内孤立波的生成过程。

再后，研究了内孤立波在冰脊下的传播耗散过程。结合冰脊的理论特征模型，发现在冰脊的调制作用下，内孤立波会在冰脊附近裂变成多个次级波并伴随着能量向次级波中的转移过程。当内孤立波在冰脊附近裂变时，还会显著强化冰脊附近的湍流混合与垂向热量输送，这对于冰脊的生成和融化会产生一定的影响。敏感性实验表明冰脊的深度和宽度会显著调制次级波的生成，改变内孤立波在冰脊附近的能量分配过程，同时会直接影响冰脊附近的湍流混合强化的程度。

最后，探讨了二模态内孤立波在背景剪切流中的耗散过程。研究了二模态内孤立波在背景剪切流中的调制裂变过程与机制。背景剪切流的存在会激发剪切不稳定，进而破坏二模态内孤立波的结构并引起内孤立波的失稳裂变，并生成内呼吸子等特殊结构。实验证实了背景剪切流的存在是造成二模态内孤立波的短暂存在及强耗散现象不可忽视的原因。背景剪切流的强度，相对于跃层的偏移程度等剪切流特征对于二模态内孤立波的裂变和耗散过程也有显著影响。

内孤立波作为一种强非线性动力过程，因其具有物质输运，跨尺度能量传递以及调节垂向热平衡的能力而备受关注。本文的亮点在于首次提出了一种海冰覆盖区正压潮流和冰脊相互作用激发内孤立波的生成机制，并以此为基础，结合观测和冰脊形态的统计模型揭示了内孤立波在冰下传播过程中受到冰脊调制并强化局地混合的过程，同时量化估计了这一过程中的热效应，展示了内孤立波在冰脊下的生成，传播，演化及破碎过程对于冰下垂向热输送及热平衡的影响不可忽视。同时，聚焦二模态内孤立波的短暂存在现象，证实了背景剪切流是造成二模态内孤立波强耗散的一个重要因素，并且二模态内孤立波的变形裂变以及耗散强度和背景剪切流的特征密切相关。这对于解释二模态内孤立波对于局地混合贡献十分重要。因此，本文的工作不仅拓展了高纬度内孤立波的生成传播机制的研究，也对于中纬度高模态内孤立波的耗散机制进行了补充和完善。同时，这对于海洋生态资源开发、海洋环境保护、高纬度海域水下航行安全以及海上工程的实施都有着应用价值。