在煤、石油等常规能源日益紧缺的当今世界,无污染、可再生、储量大等诸多优点使得波浪能、海上风能等可再生能源成为各发达国家追逐的新焦点。掌握资源特征是安全、高效、有序开发利用的前提。前人对全球多个海域的波浪能、风能研究起到很大推动作用。但目前为止,重点关于南海-北印度洋的研究极为稀缺,而这两个区域又是“21世纪海上丝绸之路”(后面简称“海上丝路”)的两大关键水域。整体来看,“海上丝路”沿线国家和地区的电力、淡水等基础设施相对滞后,严重制约着“海上丝路”建设的高效展开。因地制宜,合理开发波浪能和海上风能,有益于缓解资源危机、保护海洋生态、提高“海上丝路”沿线居民生活质量、增强战略支点生存能力、促进海岛旅游开发等,从而增强我国的海洋建设能力、对南海局势的掌控能力,无疑将成为“海上丝路”建设的崭新亮点。资源开发,评估先行。整体来看,目前关于南海-北印度洋波浪能和风能的研究仍极度稀缺,尤其在评估的系统性、资源等级区划、资源长期变化趋势和战略支点的资源评估方面,以及波浪能短期预报、涌浪传播特征及对波浪能评估的影响分析等方面面临着一系列难题,严重制约着波浪能和海上风能的产业化和规模化。本论文旨在详查南海-北印度洋的波浪能/风能气候背景特征;实现资源的宏观/微观等级区划;重点关注战略支点的资源特征,并构建广泛适用的岛礁波浪能/风能评价体系;搭建适合南海-北印度洋的波浪能短期预报模型;探析印度洋的涌浪传播特征及对波浪能评估的影响;统计分析海上施工和防灾减灾密切关注的一系列关键灾害性风/浪因子特征,为海浪发电、海上风电、海水淡化等新能源开发的选址、业务化运行、中长期规划提供科学依据、决策支持,积极贡献“海上丝路”基础设施建设。本论文的主要结论如下:(1)南海-北印度洋蕴藏着较为丰富、适宜开发的波浪能资源。波浪能流密度乐观:阿拉伯海为9~24 kW/m,孟加拉湾6~21 kW/m,南海2~10 kW/m。南海-北印度洋的波浪能有效储量基本在0.6×10~5 kW·h/m以上。波浪能可利用率乐观:南海和阿拉伯海为40%-60%,孟加拉湾为50%-90%。1979-2015年期间,南海-北印度洋的波浪能各关键要素整体呈乐观的变化趋势。斯里兰卡海域的波浪能整体乐观:可利用率常年在50%以上,资源稳定地来源于东南和西南偏南两个方向,对波浪能贡献最大的海况主要集中在1.0-2.0 m、8.0 s,波浪能各要素呈乐观的变化趋势;波浪能开发的优先区域为斯里兰卡的南部海域、西南和东南海域。(2)从南海-北印度洋的波浪能宏观等级区划来看,南海主要属于波浪能的可用区;阿拉伯海、孟加拉湾北部属于较丰富区;孟加拉湾中南部、南印度洋热带海域属于波浪能富集区。从斯里兰卡海域的波浪能微观等级区划来看,斯里兰卡东南部海域为优势区域,印度半岛东部近海、保克海峡和马纳尔湾为贫乏区。(3)WW3模式对南海-北印度洋的波浪能具有较强的预报能力。在波浪能数值预报时,不同的南边界对南海的模拟效果不会造成显著的影响;北印度洋的模拟精度则受南边界影响显著。在北印度洋的海浪和波浪能数值模拟研究时,充分考虑南印度洋往北传的涌浪会显著提升模拟精度。(4)印度洋的风浪场与海表风场整体上对应较好,尤其是季风期间的北印度洋;涌浪场与混合浪场对应较好。印度洋的涌浪在混合浪中整体占主导,仅阿拉伯海6-8月的风浪在混合浪中的成分大于涌浪。近45年(1957.09-2002.08)期间,印度洋大部分海域的涌浪波高、混合浪波高呈显著性逐年递增。阿拉伯海的大风大浪频率明显高于南海和孟加拉湾;南海的极值风速和极值波高则大于阿拉伯海和孟加拉湾。(5)在年代际变化上,南印度洋西风带(SIOW)、印度洋热带海域的涌浪、混合浪波高存在9.8-10.4 a的共同周期;在季节内尺度,SIOW的海表风速、风浪和涌浪、热带印度洋海域的涌浪、斯里兰卡海域和圣诞岛海域的涌浪、印度洋涌浪季节内EOF分析的前四模态时间序列存在共同的准一周振荡。SIOW的涌浪需要约30 h完成对该区域海表风场的充分响应。涌浪从SIOW传播至南印度洋热带海域需要约4 d,从SIOW传播至北印度洋热带海域需要约5-6 d。(6)SIOW的涌浪通常会显著向北传播至两个区域:斯里兰卡海域、圣诞岛海域。涌浪从SIOW西部传播至斯里兰卡海域需要约5-6 d;从SIOW东部传播至圣诞岛海域需要约2-3 d。SIOW涌浪在6-9月的传播速度明显比其余月份快。SIOW往北传播的涌浪会对北印度洋的波浪能评估造成重要影响。没有考虑南印度洋北传的涌浪的情况下,孟加拉湾的波浪能会出现严重偏差。(7)南海-北印度洋蕴藏着较为丰富、适宜开发的风能资源:风能密度、有效风速频率、200 W/m~2以上能级频率整体乐观,索马里海域、南海大风区、吕宋海峡为上述要素的大值中心,马纳尔海为相对大值区;1979-2015年期间,南海-北印度洋的风能各关键要素整体呈乐观的变化趋势。瓜达尔港风能常年可用、资源来向稳定、6级以上大风频率常年较低,有利于风能开发。(8)南海-北印度洋的风能期望值多在0.5以上,属于风能的较丰富区和丰富区,索马里海域、科摩林角南部海域、斯里兰卡东南近海、南海大风区为优势区域;风能贫乏区主要分布于赤道附近海域。斯里兰卡海域的风能优势区域为马纳尔湾及其西部海域、保克海峡、斯里兰卡东南部的东北-西南向椭圆形海域。