南海北部內(nèi)潮與非線性內(nèi)波-觀測與數(shù)值模擬研究.pdf

1、基于水文觀測和數(shù)值模擬研究了南海北部內(nèi)潮和非線性內(nèi)波現(xiàn)象，主要內(nèi)容有：呂宋海峽的測流觀測與線性內(nèi)波配極關(guān)系的比較；南海北部非線性內(nèi)波背景環(huán)境及運動學(xué)參數(shù)的地理特征及其季節(jié)變化；中尺度渦旋對內(nèi)孤立波傳播影響的數(shù)值模擬；南海北部陸坡區(qū)內(nèi)孤立波極性轉(zhuǎn)換的數(shù)值模擬和呂宋海峽雙屋脊上內(nèi)波產(chǎn)生的數(shù)值模擬。
　　 1.呂宋海峽內(nèi)潮的觀測分析
　　 鑒于呂宋海峽觀測流的稀少，開展了該海域的海流錨定觀測。運用統(tǒng)計和經(jīng)驗正交函數(shù)分析方法研究

2、了觀測流特征。譜分析和能量計算均顯示全日潮和半日潮為主要的能量頻帶，近慣性頻率峰值僅出現(xiàn)在斜壓分量。在66 m以淺，顯著分潮和近慣性頻率分量都基本符合線性內(nèi)波能量一致性關(guān)系式E+(ω)/E(ω)=(ω-f)/(ω+f)2；在其它觀測深度，并非所有的主要分潮都滿足上述關(guān)系。正壓潮和內(nèi)潮均為混合潮，潮日不等現(xiàn)象明顯。全日分潮平行與垂直于陸架方向的分量幾乎相等；而半日分潮垂直于陸架方向分量遠大于平行于陸架方向分量；M2和S2潮垂向結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)

3、為第一模態(tài)，而K1和O1潮則接近于第二模態(tài)；在主溫躍層附近，它們的短軸與長軸之比與比值f/ω接近。
　　 2.南海北部非線性內(nèi)波背景環(huán)境及運動學(xué)參數(shù)的地理特征及其季節(jié)變化
　　 從遙感圖像的統(tǒng)計分析表明，南海北部內(nèi)波呈現(xiàn)顯著的季節(jié)變化?；诤Ｑ笤俜治鲑Y料研究了南海北部的層化特征和非線性內(nèi)波運動學(xué)參數(shù)的地理分布特征和季節(jié)變化。南海北部季節(jié)性密度躍層從2月開始出現(xiàn)，最大浮力頻率約在20 m；它在6-7月達到最強，自8月開始減

4、弱，在10月消退。在8-11月出現(xiàn)另一較深的密度躍層，最大浮力頻率約在80 m，冬季大致在120 m。季節(jié)性密度躍層在4-9月十分明顯，在8-10月出現(xiàn)雙躍層現(xiàn)象，而在冬季僅出現(xiàn)較弱的第二密度躍層。在1-3月和10-12月深水區(qū)最大浮力頻率值要大于淺水區(qū)，而在5-9月情況則相反。浮力頻率最大值所在深度隨季節(jié)變化顯著，冬季最深；6-7月則最淺。線性內(nèi)波相速度、頻散系數(shù)和幅度放大因子的空間分布主要取決于地形變化；平方(立方)非線性系數(shù)與地形

5、關(guān)系較小，隨季節(jié)變化較大，它們主要取決于局地海洋環(huán)境特征。分析了變系數(shù)擴展KdV方程中出現(xiàn)的系數(shù)特征，解釋了為何在夏季南海北部最容易觀測到大振幅內(nèi)孤立波和在呂宋海峽以東海域難以觀測到孤立波的原因。
　　 3.中尺度渦旋對內(nèi)孤立波傳播影響的數(shù)值模擬
　　 內(nèi)波和中尺度渦都是海洋中出現(xiàn)的普遍現(xiàn)象，中尺度渦對內(nèi)波的傳播具有怎樣的影響呢?應(yīng)用準地轉(zhuǎn)模型假定得到中尺度渦旋場，變系數(shù)擴展KdV方程用于模擬內(nèi)孤立波通過中尺度渦的形變。

6、計算結(jié)果表明，中尺度渦旋修改了線性內(nèi)波的垂直模態(tài)結(jié)構(gòu)，而且氣旋渦和反氣旋渦對內(nèi)波傳播的背景環(huán)境具有不同的影響。僅考慮第一模態(tài)垂直結(jié)構(gòu)背景場，則中尺度渦對小振I幅內(nèi)孤立波的傳播幾乎不存在影響。但是，對高模態(tài)的垂直結(jié)構(gòu)背景場，對內(nèi)孤立波的傳播的影響十分明顯。在觀測中，通常在不同位置觀測到的內(nèi)孤立波波形各異，研究結(jié)果表明除了地形影響因素外，中尺度渦背景場對內(nèi)孤立波的傳播和形變也是一個重要的影響因素，且不同的中尺度渦對內(nèi)孤立波具有不同的影響。<

7、br>　　 4.南海北部陸坡區(qū)內(nèi)孤立波極性轉(zhuǎn)換的數(shù)值模擬
　　 衛(wèi)星圖像經(jīng)常觀測到南海北部陸坡區(qū)內(nèi)波的極性轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，采用數(shù)值模擬研究了南海北部陸坡區(qū)內(nèi)孤立波極性轉(zhuǎn)換的物理過程。深水區(qū)的下降型內(nèi)孤立波在向陸坡傳播過程中，受地形變淺的影響，波形尾部加陡，并在尾部分裂出孤立子列，逐漸出現(xiàn)上凸型的內(nèi)孤立波；隨著水深越來越淺，上凸型內(nèi)孤立波幅度也逐漸增大，且頭波與后面波列的距離也逐漸增大，體現(xiàn)了內(nèi)波的頻散特性。
　　 5.呂宋海

8、峽雙屋脊上內(nèi)波產(chǎn)生的數(shù)值模擬
　　 衛(wèi)星圖像觀測表明呂宋海峽是南海北部內(nèi)波產(chǎn)生的重要源區(qū)，數(shù)值模擬呂宋海峽雙屋脊上內(nèi)波的產(chǎn)生，表明在表層難以追蹤到內(nèi)波信號，這與從衛(wèi)星圖像觀測到的內(nèi)波信號也主要出現(xiàn)在120.5°E以西海域相一致。落潮階段在呂宋海脊的西側(cè)形成涌潮；當落潮流減弱并開始轉(zhuǎn)向時，首先在涌潮前鋒裂變出孤立子，當潮流轉(zhuǎn)向和漲潮流加強時，更多的孤立子裂變出來。在呂宋海脊東側(cè)，無論是漲潮還是落潮均存在一個上升型波，但未發(fā)現(xiàn)有孤立