内孤立波（Internal solitary wave, ISW）作为一种重要的海洋动力现象，对于理解海洋能量传输和水团混合过程具有重要意义。随着现场观测、遥感观测和数值模拟技术的持续进步，国内外对ISW的研究已经取得了极大进步。龙目-萨佩海峡是印度尼西亚贯穿流（Indonesian Throughflow, ITF）的重要通道。越来越多观测表明龙目-萨佩海峡存在大振幅ISW，但是到目前为止，国内外对于ITF如何调制龙目-萨佩海峡的ISW这一科学问题仍缺乏系统研究。本研究综合使用多源遥感数据，结合数值模拟、人工智能算法深入探索了龙目-萨佩海峡ISW在不同环境条件下的生成、传播和演变规律，揭示了ITF对ISW的调制作用。
本研究收集了2018年至2022年间的858张含清晰内波的卫星图像，并提取了ISW的时空信息。研究结果表明，龙目-萨佩海峡的ISW在全年都有活动，并存在十分显著的季节性变化：6月是全年中ISW最少的月份，而10月则是全年中ISW最多的月份。其中，龙目海峡在6月以及10月的ISW月发生累积天数以及发生频次分别为28/6%，以及136/29%；萨佩海峡在6月以及10月的ISW月发生累积天数以及发生频次分别为3/0.7%，以及78/17%。通过射线追踪法和潮汐以及地形信息的分析，本研究精确地确定ISW的起源：在龙目海峡和萨佩海峡的南北两侧各存在一个ISW的起源地，共计四个起源。此外，通过匹配多源卫星数据，计算了ISW的传播速度和方向，揭示了龙目海峡ISW主要沿南向和北向传播，而萨佩海峡的ISW在南部分支为向东、向西以及向南的三种主要传播路径，在北部分支为向北和向西北方向的两个主要传播路径；其中西北方向传播的ISW会与龙目海峡产生的沿着北向传播的ISW发生相互作用，相互作用的地点是龙目海峡东北方向和萨佩海峡西北方向之间的交汇区域。本研究进一步分析了这些波-波相互作用的时空特性以及不同类型，其中，选取了龙目-萨佩海峡中产生马赫相互作用以及一般相互作用的典型ISW，并进行了个例分析。
为进一步揭示ITF调制ISW的动力机制，本研究采用了高分辨率的三维MIT通用环流模型（MIT General Circulation Model, MITgcm），通过设置不同强度的随时间不变的背景流（0、0.1以及0.2 m/s），进行了一系列数值模拟实验。同时，本研究通过计算不同背景流下的复合弗朗得数，评估了ISW的生成和释放，揭示了ITF调制ISW的物理机制：在背景流较大时，复合弗朗得数从超临界状态转变到临界状态的临界点会延后，说明强背景流会阻止ISW的释放。研究结果揭示了ITF强度变化对ISW生成时间和传播过程的显著影响：当南向ITF弱化时，北向ISW倾向于在时间上提前生成，并导致它们在北向上有更远的传播距离；相对地，南向ISW在强南向ITF的影响下则表现为时间上的更晚生成和更短的传播距离。这些结果揭示了南向ITF在抑制北向ISW生成方面的关键作用。此外，在传播速度方面，强南向的ITF显著减慢ISW向北的传播速度，而加快向南的传播速度。本文研究结果加深了我们对ITF与ISW相互作用机制的理解。
基于对ITF影响ISW生成和传播分析的基础上，本研究进一步构建了考虑背景流的ISW传播预报模型，以弥补目前缺乏该类模型的不足，从而更准确地对ISW进行预报。利用2018至2022年间收集的ISW遥感图像数据，所构建的模型在训练集和测试集上均表现出较高的相关性（0.99/0.97）和较低的预报误差（0.08/0.14 m/s）。此外，我们还利用该模型进行了多种敏感性实验，旨在量化不同ITF背景流速度对ISW传播速度的影响。实验分析了两种典型情况：海峡上方已生成并传播一段距离的ISW以及海峡口刚生成并向北传播的ISW。结果表明，随着南向背景流速度的增加，ISW的传播速度呈现减缓趋势，这进一步验证了背景流强度对ISW传播的显著影响，证明了ITF对ISW的抑制作用。
本研究通过多源遥感数据、数值模拟和人工智能AI技术，深入揭示了龙目-萨佩海峡ISW的生成、传播和演变特征。通过分析2018至2022年间收集的卫星图像数据，本研究系统地量化了该海峡ISW的时空分布特征，进一步明确了其与ITF的相互关系。AI模型的引入提升了对海洋动力过程的分析能力，并为精准研究ISW特征提供了新的技术路径。

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2  研究区域介绍 2

1.3  国内外内孤立波研究现状 4

1.3.1  内孤立波现场观测 5

1.3.2  内孤立波遥感探测 7

1.3.3  内孤立波数值模拟 10

1.3.4  内孤立波人工智能研究 11

1.4  内孤立波相互作用的类型和特征 13

1.5  总结 16

1.6  主要研究内容和章节安排 17

第2章 数据和方法 19

2.1  内波遥感数据介绍 19

2.1.1 内波光学遥感数据介绍 19

2.1.2 内波SAR遥感数据介绍 20

2.2 提取方法介绍 21

2.3 哥白尼海洋再分析数据介绍 23

2.4 潮汐强迫以及KdV方程介绍 23

2.5 MITgcm数值模拟 24

2.6 MITgcm模型参数设置 26

第3章 龙目海峡和萨佩海峡内孤立波的时空分布特征及相互作用研究 28

3.1 龙目海峡和萨佩海峡的内孤立波空间分布特征 28

3.2 龙目海峡和萨佩海峡的内孤立波时间分布特征 31

3.3  内孤立波生成和传播特征分析 32

3.4  内孤立波相互作用 44

3.4.1  内孤立波相互作用的时空分布 44

3.4.2  内孤立波相互作用的个例研究 48

3.5  本章小结 51

第4章 印尼贯穿流对龙目海峡和萨佩海峡内孤立波的调制 53

4.1 印尼贯穿流对内孤立波调制分析 53

4.2 数值模拟结果分析 58

4.3 本章小结  64

第5章 印尼贯穿流调制下的内孤立波预报研究 66

5.1 印尼贯穿流对内孤立波的调制 66

5.2 内孤立波传播影响因素与参数选择 66

5.3 考虑强背景流下的内孤立波传播预报模型构建 67

5.4 敏感性分析与模型结果 81

5.5 本章小结 89

第6章 总结与展望以及创新点 91

6.1  总结与展望 91

6.2  创新点 91

参考文献 93

致  谢 100

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与其他相关学术成果 102