底地形变化对内潮产生影响的数值研究

本文结合南沙群岛海域出现内潮的水文背景,建立了一个两层数值模式,并通过数值试验来探讨由正压潮波作用下的内潮产生机制。结果表明：底形效庆是促使内潮产生的重要因子;内潮心要在大陆坡产生,然后分别沿着大陆架和深海平原两个方向传播;内潮斜压流速的量级可与正压流速的相比拟。     

南海西南部海域M2潮波传播分布研究

本文使用ADI方法对南海西南海域M₂分潮波进行了数值模拟,取得了满意的结果,同时还对此海区的岸形、底形和科氏效应做了数值试验。笔者得出结论:在此海区中存在三个无潮点和三个明显的潮波腹点;泰国湾口的顺时针旋转潮波系统是在弱科氏力作用下,潮波在湾口作缓慢的右转弯形成的;在潮波腹点附近,以腹点为中心流场呈放射状分布。     

南海东北部内潮数值研究

导出二维三层（准三维）潮流与起伏地形相互作用而产生内潮波的非线性数学模型，并分别以Ｍ２分潮，Ｋ１分潮为策动潮波，数值求解南海东北部大陆斜坡对策动潮波的响应。结果表明：台湾浅滩南面斜坡对Ｍ２分潮响应最为强烈，东沙群岛东面斜皮次之，其余海域无显著响应；对Ｋ１分潮的响应则以一统暗沙东南面斜坡最甚，其次为东沙群岛东南的斜坡，其余海域响应微弱。     

南海北部中尺度涡与内波相遇的特征分析

基于2009年12月~2010年4月南海北部大陆坡上东沙岛以西的一套潜标资料,分析一个中尺度涡与内波相遇时海水温度的变化特征。根据潜标上的温压记录,利用功率谱分析,发现潜标布放处存在周期为20~30 min的内孤立波及全日和半日周期的内潮;结合海表面高度异常资料,描述此处一个中尺度涡的经过过程。利用天文潮大潮发生的时间规律,推断出中尺度涡与内波的相遇,从而解释了压力记录的异常变化。根据中尺度涡与内波各自引起的海流流向,分析在本次观测中两者相遇时的共同作用所引起的海水温度的垂向变化,即当两者引起的流向相反时,内波引起的日周期等温线波动由上凸型弧状变为下凹型弧状,短时震荡由向下振荡变化为向上振荡。     

考虑内潮耗散的南海M_2分潮伴随同化数值模拟

建立南海潮波模式及其伴随同化模式,在传统二维潮波方程的基础上加入了内潮耗散项,考虑了内潮耗散对南海潮波系统的影响,在前人工作基础上,改进了内潮耗散参数化方案,并给出内潮耗散项中地形效应参数的计算公式;通过对比,本文的参数化方案比前人参数化方案能取得更为合理的模拟结果。以63个验潮站和24个TOPEX/Poseidon卫星高度计轨道交叉点处的调和常数作为观测值,利用伴随同化方法来优化模式中的底摩擦系数和内潮耗散系数。为了寻求最优的优化方案,设计了7组数值实验。实验结果表明,实验7先优化内潮耗散系数再优化底摩擦系数的模拟结果最优。利用实验7的模拟结果分析了南海M2分潮的潮波特征,与前人结果基本一致。     

莫桑比克海峡及其邻近海区正压潮流数值模拟与能量收支分析*

莫桑比克海峡及其邻近海区是全球海洋潮流和潮能耗散最强的海区之一。文章利用高分辨率通用环流模式对该海区的正压潮流进行模拟, 并对该海区潮能通量和潮能耗散特征进行分析。结果表明, 莫桑比克海峡及其邻近海区的潮波主要是半日分潮占主导地位, 全日分潮可忽略不计, M₂分潮形成1个左旋潮波系统和1个右旋潮波系统, S₂分潮形成1个左旋潮波系统。莫桑比克海峡和马达加斯加岛南部等绝大数区域的M₂和S₂半日潮流是逆时针旋转, 在马达加斯加岛顶部等局部区域是顺时针旋转, 而且在海峡通道等复杂地形处潮流流速量级较大。潮能通量矢量主要来自东边界, 大部分潮能通量沿马达加斯岛北部传入莫桑比克海峡区域, 其中经过马达加斯加岛北部和进入莫桑比克海峡的M₂ (S₂)分潮的潮能通量分别为156.86GW (40.53GW)和148.07GW (36.05GW), S₂分潮潮能通量的量级大约为M₂分潮的1/5~1/4。底摩擦耗散主要发生莫桑比克海峡和马达加斯加岛南北部, 其中莫桑比克海峡M₂ (S₂)分潮的底摩擦耗散为1.762GW (0.460GW), 占其底部总耗散的43.74% (39.72%)。     

吕宋海峡M2内潮生成与传播数值模拟研究

本文在z坐标海洋数值模式HAMSOM中引入了内潮黏性项(Interhal-tide viscosity term),将之运用到吕宋海峡M2内潮的生成与传播过程的数值模拟研究.研究结果表明:(1)在250 m以浅,吕宋海峡产生的M2内潮振幅于温跃层处最大,岛坡附近的内潮明显强于别处,且最大振幅可达到40 m左右;(2)M2内潮的生成源主要集中在伊特巴亚岛西北、巴丹岛西南以及巴布延群岛西北的岛坡;(3)海峡产生的M2内潮向东西2个方向传播.巴丹岛以西的西向能量在吕宋海沟斜向下传播,在到达恒春海脊附近发生反射返回海面,到达海面后再次反射回海底,在此过程中,有高模态的内潮被激发,不同模态间有相消干涉的现象产生.西传的内潮能量分为2支进入南海,产生于巴布延群岛西北的能量分支直接向西南折转进入南海海盆,而产生于伊特巴亚岛和巴丹岛岛坡附近的主要能量则以束状向南海陆架传播,在到达118°E后部分能量折向西南的海盆,其余的能量则沿西北方向传入中国近岸,陆架陆坡地形起着重要的耗散作用.伊特巴亚岛西北有最大的能量产生,向东北传入太平洋.在122°E以东,能量主要以束状向东南传入太平洋.     

吕宋海峡M2内潮生成与传播数值模拟研究

本文在z坐标海洋数值模式HAMSOM中引入了内潮黏性项(Internal-tide viscosity term),将之运用到吕宋海峡M2内潮的生成与传播过程的数值模拟研究。研究结果表明:(1)在250 m以浅,吕宋海峡产生的M2内潮振幅于温跃层处最大,岛坡附近的内潮明显强于别处,且最大振幅可达到40 m左右;(2)M2内潮的生成源主要集中在伊特巴亚岛西北、巴丹岛西南以及巴布延群岛西北的岛坡;(3)海峡产生的M2内潮向东西2个方向传播。巴丹岛以西的西向能量在吕宋海沟斜向下传播,在到达恒春海脊附近发生反射返回海面,到达海面后再次反射回海底,在此过程中,有高模态的内潮被激发,不同模态间有相消干涉的现象产生。西传的内潮能量分为2支进入南海,产生于巴布延群岛西北的能量分支直接向西南折转进入南海海盆,而产生于伊特巴亚岛和巴丹岛岛坡附近的主要能量则以束状向南海陆架传播,在到达118°E后部分能量折向西南的海盆,其余的能量则沿西北方向传入中国近岸,陆架陆坡地形起着重要的耗散作用。伊特巴亚岛西北有最大的能量产生,向东北传入太平洋。在122°E以东,能量主要以束状向东南传入太平洋。     

南海东北部内潮数值研究

导出二维三层（准三维）潮流与起伏地形相互作用而产生内潮波的非线性数学模型，并分别以Ｍ２分潮、Ｋ１分潮为策动期波，数值求解南海东北部大陆斜坡对策动潮波的响应。结果表明：台湾浅滩南面斜坡对Ｍ２分潮响应最为强烈，东沙群岛东面斜坡次之，其余海域无显著响应；对Ｋ１分潮的响应则以一统暗沙东南面斜坡最甚，其次为东沙群岛东南的斜坡，其余海域响应微弱。     

台湾海峡M2分潮潮波研究进展

台湾海峡内各种与潮波相关的现象,可以归因于在地形及岸线的影响下自台湾海峡南北两端进入的潮波的相互作用。近20余年来台湾海峡潮波的研究获得显著进展,然而即使作为台湾海峡主要分潮的M2分潮,其相关研究中也还存在着诸多分歧。从台湾海峡M2分潮潮波分布特征及解释研究出发,并针对以往各种研究中差别较大的M2分潮潮流的分布及变化特征,归纳总结了相关研究的主要分歧：(1)对台湾海峡M2分潮潮波的研究的争议主要集中在2点,包括对自台湾海峡南、北两端进入海峡的潮波的作用范围的研究以及台湾海峡内部潮波系统形成机制的探讨;(2)台湾海峡M2分潮潮位分布研究的主要分歧在于对台湾岛西岸潮时潮差的分布特征的解释;(3)台湾海峡M2分潮潮流研究中最大的差异在于对最大潮流同潮时线分布特征的描述,其实质仍为对潮波作用范围的描述;对应于M2分潮最大潮流同潮时线研究观点的差异,在M2分潮圆流点是否存在、圆流点存在位置及圆流点旋转方向的研究上也存在着较大的差异;对台湾海峡内部椭圆率为零的分隔线位置的讨论,主要分歧在于该椭率零线靠近台湾岛附近及澎湖列岛附近时的分布状况。此外,最强流区的位置判定及极值区潮流流速量值的大小问题上也存在差异。     

The variability of internal tides in the Northern South China Sea

An array of three bottom-mounted ADCP moorings was deployed on the prevailing propagation path of strong internal tides for nearly 1 year across the continental slope in the northern South China Sea. These velocity measurements are used to study the intra-annual variability of diurnal and semidiurnal internal tidal energy in the region. A numerical model, the Luzon Strait Ocean Nowcast/Forecast System developed at the U.S. Naval Research Laboratory that covers the northern South China Sea and the Kuroshio, is used to interpret the observed variation of internal tidal energy on the Dongsha slope. Internal tides are generated primarily at the two submarine ridges in the Luzon Strait. At the western ridge generation site, the westward energy flux of the diurnal internal tide is sensitive to the stratification and isopycnal slope associated with the Kuroshio. The horizontal shear at the Kuroshio front does not modify the propagation path of either diurnal or semidiurnal tides because the relative vorticity of the Kuroshio in Luzon Strait is not strong enough to increase the effective inertial frequency to the intrinsic frequency of the internal tides. The variation of internal tidal energy on the continental slope and Dongsha plateau can be attributed to the variation in tidal beam propagation in the northern South China Sea.     

南海西北陆坡区内潮与近惯性内波观测研究

通过对2006年南海西北部海域近3个月的全水深流速观测资料的分析,研究了该海区正压潮、内潮及近惯性内波的时空分布特征。结果表明,全日内潮明显强于半日内潮,且最大潮流均出现在海洋上层;内潮的主轴方向基本沿东南-西北方向,近似与局地等深线垂直;内潮能量显示出明显的时间长度约为半月的大小潮调制周期;全日内潮的coherent部分占全日内潮能量的70%,而半日内潮的coherent部分占半日内潮能量的53%;进一步研究发现半日内潮主要由第一模态主导,而全日内潮第三模态能量占总能量的比例仅次于第一模态且量值上与之相当;强风过程可激发出强的近惯性运动,暖涡使得近惯性内波能量更有效地向海洋深层传播,冷涡则不利于近惯性内波能量向下传播。     

南海北部东沙岛附近的内潮和余流特征

采用东沙岛附近的一个长达9个月的锚定潜标的观测资料对南海北部的正压潮、内潮和余流情况进行了分析,得到了当地正压潮和内潮的特征。此处正压潮流以全日潮为主,秋、冬季相对较大,春季相对较小;正压余流受海盆尺度环流和地形的限制,在潜标观测期间的秋、冬、春三季基本以偏西向的正压流为主。内潮同正压潮一样,也以全日分潮为主,潮流椭圆随水深发生旋转,在110—120m附近存在内潮非常弱的一层。斜压余流在2009年2—3月比较异常,这是由于在此其间有一个中尺度涡经过。对此潜标数据采用经验正交函数分解的方法进行分析,发现海流的各个主要EOF模态与内波的垂向模态结构有一定的关联。     

南海北部陆架海域内潮特征的观测研究

利用2014年南海东沙岛西北部海域70余天的流速剖面高频观测资料,研究分析了该海区正压潮、内潮的时空分布特征。结果表明,观测海区正压潮流以O_1,K_1,M_2,S_2为主;斜压潮流中,除四大分潮之外,MU_2与2Q_1分潮能量也较强;内潮的主轴方向基本沿东南-西北方向,近似与局地等深线垂直。全日内潮的锁相部分占全日内潮能量的17.5%,而半日内潮的锁相部分占半日内潮能量的30%;进一步研究发现半日内潮主要由第一模态主导,而全日内潮第二模态占比50%,约为其第一模态能量的两倍;内潮模态能量占比显示出显著的大小潮调制的半月周期。对比不同垂向模态计算方法发现,当流速观测深度有限时,利用全水深温盐资料计算观测范围内流速垂向模态是更为准确的方式。     

南麂岛附近海域潮汐和潮流的特征

以2008年冬季在浙江近海南麂岛附近投放的4个底锚系观测的水位和流速资料为依据,分析了潮汐和潮流特征。水位谱分析结果显示半日分潮最显著,全日分潮其次;近岸的浅水分潮比离岸大。水位调和分析结果表明:潮汐类型均为正规半日潮,近岸处的平均潮差大于3m,最大可能潮差大于6m,潮汐呈现出显著的低潮日不等和回归潮特征。流速谱分析结果显示半日分潮流最强,全日分潮流其次,且比半日分潮流小得多;近岸浅水分潮流比远离岸显著。流速调和分析结果表明:潮流类型均为正规半日潮流,靠近岸的两个站浅水分潮流较显著;最显著的半日分潮流是M2分潮流,其最大流速介于0.32～0.48m/s之间,全日分潮流均很弱,最大流速小于0.06m/s。M2分潮流均为逆时针旋转,椭圆率越靠近海底越大;最大分潮流流速分布为中上层最大、表层略小、底层最小;最大分潮流流速方向的垂向变化很小,底层比表层略为偏左;最大分潮流流速到达时间随深度的加深而提前,底层比中上层约提前30min。潮流椭圆的垂向分布显示这里的半日分潮流以正压潮流为主;日分潮流则表现出很强的斜压性。     

Tidal observations on the West Coast,South Island,New Zealand

Harmonic tidal constants, calculated from sea surface elevation observations at Jackson Bay on the West Coast of the South Island, are consistent with available semi‐diurnal and diurnal tidal phase distributions. Current observations taken over a 111 day period at mid‐depth in 1505 m of water on the southern flank of the Challenger Plateau and over a 240 day period in 1430 m of water on the South Island western coast continental slope, are subject to tidal analysis. At both sites there is a component of energy flux directed across the isobaths and only at the northern site for the M2 tide is the phase consistent with a dominant progressive barotropic tide. The successive 30 day harmonic constants at the southern continental slope site exhibit a trend in the M2 tidal ellipse speed and ellipticity suggesting the presence of a regular internal tide. Superposition of ‘internal tidal’ and barotropic tidal flows, as prescribed from progressive‐ and standing‐wave elevations, to fit the observations indicates that the ‘internal tide’ is probably associated with the first baroclinic mode. At the current‐meter depths the speeds of the ‘internal tide’ for the M2 tide are about the same as the barotropic speeds, whereas, the S2 ‘internal tide’ speeds are larger than those of the barotropic tide. The consistency of the trend in ellipse parameters lends support to the theoretical progressive trapped barotropic tidal flows being a good approximation to the actual barotropic tide. Some support for the hypothesis that the S2 tide on the West Coast of New Zealand has a substantial standing wave contribution is given by the northern observations, where the ratio of the S2: M2 internal tidal ellipse current amplitudes are substantially larger than the ratio of the elevations, the internal tide being generated by across‐isobath flows.     

基于FVCOM的南海北部海域潮汐潮流数值模拟

基于非结构三角形网格的FVCOM(finite-volume coastal ocean model )数值模型, 对南海北部海域的潮汐、潮流进行了精细化数值模拟研究, 并根据模拟结果详细分析了M2, S2, K1, O1 分潮的潮汐和潮流特征。研究结果表明: 神泉港到甲子港海域表现为正规全日潮性质, 珠江口附近海区潮汐以不正规半日潮为主, 其他海域主要表现为不规则全日潮; 陆架海域和深水海域主要表现为往复流, 陆架坡折区存在较强的旋转流, 陆架坡折区为不规则半日潮流和不规则全日潮流的分界线; 东沙群岛附近海域以不规则全日潮流为主, 旋转方向为顺时针; 整个海域的最大流速分布与等深线基本平行, 东沙群岛附近速度明显变大, 最大值出现在台湾浅滩附近, 最大值超过70 cm/s; 南海潮波系统以巴士海峡传入的大洋潮波为主, 分为三支潮流, 以不同的形式进出南海北部海域; 余流在台湾浅滩附近达到最大, 超过6 cm/s, 自南向北进入台湾海峡, 近岸余流自东向西沿岸流动。本研究在东沙群岛周边的模拟结果与前人基于实测资料的分析吻合较好, 并且由于采用了高精度的三角网格, 本文对东沙群岛周边海域的潮汐潮流结构和性质的刻画和分析是迄今为止较为精细的, 同时本研究还提高了对沿岸验潮站调和常数的模拟精度。     

吐噶喇海峡内潮的能量收支和大小潮变化

吐噶喇海峡是西北太平洋重要的内潮产生区域,该区域内产生的内潮对于东海陆架和西北太平洋的混合和物质输运有十分重要的作用。水平分辨率为3km的JCOPE-T(JapanCoastalOcean PredictabilityExperiment—Tides)水动力学模式的结果表明,吐噶喇海峡的内潮主要产生在地形变化剧烈的海山和海岛附近,其引起的等密面起伏振幅可达30m。吐噶喇海峡的内潮在垂直于等深线方向分为两支向外传播:一支向西北方向传播,进入东海陆架后迅速减小;另一支向东南方向传播,进入西北太平洋。吐噶喇海峡潮能丰富,其在约半个月内的平均输入的净正压潮能通量为13.92GW,其中约有3.73GW转化为内潮能量。生成的内潮能量有77.2%在当地耗散,传出的内潮能通量为0.84GW,主要通过西北和东南两个边界传出。该区域潮能通量有显著的大小潮变化,大潮期间输入的正压潮净能通量和产生的内潮能通量均约为小潮期间的2倍,但其主要产生区域基本不变,且内潮能量耗散比率均在产生的内潮通量的76%—79%。另外,内潮能通量的传播方向也没有发生变化,仍主要通过西北和东南两个边界传出。因此,大小潮的变化仅影响吐噶喇海峡处产生的内潮能量的大小,不影响其产生区域、传播方向和耗散比率。     

南海东北部内潮的模态结构和传播

The evolution of energy, energy flux and modal structure of the internal tides(ITs) in the northeastern South China Sea is examined using the measurements at two moorings along a cross-slope section from the deep continental slope to the shallow continental shelf. The energy of both diurnal and semidiurnal ITs clearly shows a～14-day spring-neap cycle, but their phases lag that of barotropic tides, indicating that ITs are not generated on the continental slope. Observations of internal tidal energy flux suggest that they may be generated at the Luzon Strait and propagate west-northwest to the continental slope in the northwestern SCS. Because the continental slope is critical-supercritical with respect to diurnal ITs, about 4.6 kJ/m~2 of the incident energy and 8.7 kW/m of energy flux of diurnal ITs are reduced from the continental slope to the continental shelf. In contrast, the semidiurnal internal tides enter the shelf because of the sub-critical topography with respect to semidiurnal ITs.From the continental slope to the shelf, the vertical structure of diurnal ITs shows significant variation, with dominant Mode 1 on the deep slope and dominant higher modes on the shelf. On the contrary, the vertical structure of the semidiurnal ITs is stable, with dominant Mode 1.     

南海北部东沙岛附近海洋底层流场特征及时间变化规律

Near-bottom currents play important roles in the formation and dynamics of deep-water sedimentary systems.This study examined the characteristics and temporal variations of near-bottom currents, especially the tidal components, based on two campaigns(2014 and 2016) of in situ observations conducted southeast of the Dongsha Island in the South China Sea. Results demonstrated near-bottom currents are dominated by tidal currents, the variance of which could account for ～70% of the total current variance. Diurnal tidal currents were found stronger than semidiurnal currents for both barotropic and baroclinic components. The diurnal tidal currents were found polarized with predominantly clockwise-rotating constituents, whereas the clockwise and counterclockwise constituents were found comparable for semidiurnal tidal currents. It was established that diurnal tidal currents could induce strong current shear. Baroclinic tidal currents showed pronounced seasonal variation with large magnitude in winter and summer and weak magnitude in spring and autumn in 2014. The coherent components accounted for ～65% and ～50% of the diurnal and semidiurnal tidal current variances,respectively. The proportions of the coherent and incoherent components changed little in different seasons. In addition to tidal currents, it was determined that the passing of mesoscale eddies could induce strong nearbottom currents that have considerable influence on the deep circulation.