弱地形上内潮生成问题——Ⅱ.粗糙地形情况下水深对内潮能通量的影响

前人在讨论水深对内潮能通量影响的时候得出结论:有限深海洋中海面对内潮的反射使得正压潮向内潮的能量转化相比较无限深海的情况显著降低,对于选定的地形,在无限深海假定下得到的能通量是该地形上内潮能通量的上限。鉴于前人所研究的基本上都是平滑的地形,而实际的海洋地形总是比较粗糙的,本文探讨了粗糙地形上内潮能通量随水深的变化。选取了弦函数地形、随机白噪声地形、弦函数地形叠加在高斯地形之上、随机白噪声地形叠加在高斯地形之上和随机白噪声地形与弦函数地形同时叠加在高斯地形之上5种情况进行了研究,发现对于这5种情况,都存在海洋有限深时的能通量大于无限深假定时的能通量,这说明前人得出的"有限深海洋中海面对内潮的反射使得正压潮向内潮的能量转化相比较无限深海的情况显著降低"的结论对于粗糙地形并不适用。     

南海北部不同涡旋对内潮的影响

南海北部吕宋海峡是内潮最为活跃的区域之一,且涡旋种类繁多,不同特性的涡旋对内潮的影响不同。基于近岸与区域海洋共同模式(coastal and regional ocean community model,CROCO),模拟探究理想涡旋存在时,涡旋位置、极性、峰值流速和半径对内潮的影响。结果表明:涡旋位置是影响内潮的直接因素,位于涡旋区域内的内潮是主要影响对象,涡旋中心以西内潮方向变化的角度是以东的3倍。气旋涡和反气旋涡分别使潮能通量的方向向南和向北偏转,最大偏转角度超过12°,当涡旋所致背景流与内潮传播方向一致时,内潮群速度增强,反之减弱。涡旋对内潮的影响范围和幅度随着涡旋的半径和峰值流速的增大而变大。当涡旋峰值速度变大时,反气旋涡心以北的潮能通量增长量超过15 kW/m。当涡旋半径增大时,涡旋峰值速度的位置发生变化,涡旋的峰值流速和半径共同影响潮能通量水平分布结构,使其呈现纬向单峰或多峰结构。     

非均匀密度层结内潮射线生成与传播的实验研究

本文通过实验室实验的方法,探讨了非均匀密度层结下内潮射线的生成与传播规律。利用粒子图像测速技术(PIV)对流场进行测量,并计算了内潮能通量。实验结果表明,无转折深度时,内潮射线传播至不同浮频率水层会发生折射,向上传播时有能量聚焦现象;转折深度高于地形高度时,在浮频率大于强迫频率的上层流体中仍有内潮射线生成,但能量较弱,水平通量的深度积分相对于无转折深度时更小,且地形越高越容易在上层激发内潮射线。对水平流速做经验正交函数(EOF)分解,得到的主要模态与内潮斜压模态有很好的对应性。     

南海北部M2内潮与中尺度涡能量的数值研究

基于真实地形下的三维数值模拟结果,对南海北部的M_2内潮、中尺度涡能量以及两者相互作用过程进行了研究。结果显示,M_2内潮冬季稍强于夏季,在吕宋海峡生成的能量,冬季(12.2 GW)比夏季(11.6 GW)强5.2%,传入南海的能通量,冬季(4.2 GW)比夏季(3.8 GW)强10.5%,内潮能通量的空间分布在冬夏两季基本保持一致。中尺度涡的模拟结果显示,在南海内冷涡与暖涡个数相当(8个/a),冷涡的平均存活周期约为40 d,比暖涡的31 d长。当冷涡出现时,内潮非锁相部分的能通量大小及水平动能均出现明显增强现象,冷涡对内潮传播射线的汇聚作用是主要原因;M_2内潮和中尺度涡相互作用期间可以激发或抑制高模态内潮,也存在无显著影响的情况。     

台湾岛东北海域潮致内孤立波二维数值模拟

现场观测和卫星遥感SAR图片均表明,台湾岛东北海域存在大量复杂的、无规则的内孤立波(列)。本文采用完全非线性非静力平衡的MITgcm模式,分别采用M2和K1分潮驱动,对该海域内孤立波的生成过程及其机制进行了二维数值模拟研究。研究揭示,该海域的内孤立波主要源于附近2个海槛处的潮地相互作用。正压潮流流经海脊时会激发内孤立波,潮流由退潮转换为涨潮时激发西向传播的内孤立波,由涨潮转换为退潮时则激发东向传播的内孤立波。通过对潮汐偏移及地形弗鲁德数的分析表明,内孤立波的产生机制是混合山后波机制。在海槛西侧,内孤立波在涨潮时向西传播,在落潮时受背景潮流的限制,西传速度明显减慢,甚至停滞;在海槛东侧,存在东传的第二模态内孤立波,并最终在向深海传播过程中逐渐消亡。本文设计了6个敏感性试验,以考察不同因子对内孤立波的生成和传播过程的影响。不同分潮驱动的数值实验表明,此区域的内孤立波主要是由半日分潮M2引起的,由于靠近全日分潮的临界纬度,单独的K1分潮不激发内孤立波。其他敏感性实验显示,海水层化对内孤立波的生成和传播有较大影响;科氏力对内孤立波的传播速度有一定的影响。     

利用多源高度计资料提取南海低模态内潮能量

吕宋海峡由于剧烈变化的地形成为内潮产生的源地,内潮是海洋混合的重要原因。为了认知南海的内潮能通量分布,对南海的内潮有更好的理解,本文利用21世纪以来发射的多颗高度计卫星:J2、J1T、GFO以及EN,提取了吕宋海峡附近内潮的能通量。研究使用了调和分析和高通滤波等方法来提取第一模态内潮,主要提取K_1,K_2,M_2,N_2,O_1,P_1,Q_1和S_2八个分潮。同时结合WOA数据对能通量进行计算。结果表明,目标区域潮汐以全日分潮为主,所选区域的全日分潮中K_1所占比例最大;半日分潮中M_2分潮最强,而内潮的能通量则是M_2分潮所占最大,在吕宋海峡区域M_2能通量为6.45GW。内潮主要产生在地形变化剧烈的地方,海域的大部分地区内潮能量很小。在吕宋海峡中部,全日分潮能通量要小于南部地区,而半日分潮则有较大值。     

粗糙地形对内波生成影响的实验研究

为了研究粗糙地形对内波共振生成的影响,本文在实验中采用粒子图像测速法(PIV)对内波速度场进行测量。实验中设置了两种不同尺度的粗糙地形,其中一种地形的粗糙尺度大于黏性边界层厚度(δ),另一种地形的粗糙尺度小于δ。结果表明两种粗糙地形都使共振内波的能量减弱,粗糙地形一侧生成的内波强度约为光滑地形一侧生成内波强度的40%。当粗糙地形的尺度大于δ时,在粗糙地形一侧除了共振内波以外还有明显的内波射线生成,粗糙地形上的每一个凸形间断点都成为了一个新的内波源点,每条内波射线的强度约为共振内波强度的1/10,由新源点生成的内波射线相位基本一致,落后于正压潮3π/5个相位。当粗糙地形的尺度小于δ时,粗糙地形一侧仅有共振内波生成,共振内波的相位与正压潮相位十分接近。     

南海北部内孤立波数学模型

在二层内潮数学模型的基础上,考虑非静力平衡扰动压力的影响,导出潮频内孤立波产生、传播的数学模型。该模型不受小地形假设的限制,并适用于南海。应用该模型能解释说明产生以下现象的物理机制：潮流流过巴坦-萨布坦海脊时,在一定海洋环境条件下,通过潮流与起伏的底地形相互作用可激发产生潮频内孤立波,并西传至东沙群岛附近的海域。     

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。     

地形和层结变化对内潮生成影响的数值模拟研究

基于ROMS(Regional Ocean Modeling System)模式,设计了9组理想数值实验,研究了内潮的产生对地形和背景层结环境的敏感性。结果表明:高斯海脊两侧地形梯度较大的超临界坡面处是内潮的主要源区;地形和层结环境的变化对内潮生成有很大影响;如地形和层结保持不变,不同的网格水平分辨率和垂向层数条件下估算的内潮转换率存在差别;地形和跃层的相对空间关系对内潮生成及其引起的水体混合强度存在影响。高分辨率的地形和合适的背景层结是内潮模拟的关键。该结论对于内潮形成的数值模拟研究有一定参考价值。     

单点高频地波雷达资料估算潮能耗散的方法（英文）

使用嵊泗站所布设的地波雷达观测获取的径向流数据,以及嵊泗、芦潮港、岱山3个潮汐观测站水位资料,采用两点近似投影方法反演流场全矢量流速,并用T_tide程序计算调和常数,分别计算O1、K1、M2、S2各分潮流速场及迟角场,并计算各点上的潮能通量及潮能耗散,得到嵊泗岛以西杭州湾口区域潮能耗散同地形存在良好对应关系,充分证明了采用地波雷达观测数据进行潮能耗散计算这一方法的可行性,供相关工作者作进一步研究和讨论。     

单点高频地波雷达资料估算潮能耗散的方法

使用嵊泗站所布设的地波雷达观测获取的径向流数据,以及嵊泗、芦潮港、岱山3个潮汐观测站水位资料,采用两点近似投影方法反演流场全矢量流速,并用T-Tide程序计算调和常数,分别计算O1、K1、M2、S2各分潮流速场及迟角场,并计算各点上的潮能通量及潮能耗散,得到嵊泗岛以西杭州湾口区域潮能耗散同地形存在良好对应关系,充分证明了采用地波雷达观测数据进行潮能耗散计算这一方法的可行性,供相关工作者作进一步研究和讨论.     

中尺度涡对南海北部全日内潮传播影响的数值模拟研究

基于潮汐-环流耦合的FVCOM数值模式,本文以南海北部全日内潮为例探究了中尺度涡对内潮传播的影响。分析结果表明,暖涡和冷涡分别导致全日内潮向西北和西南方向折射,能通量方向最大变化可达40°;全日内潮能通量大小在子午向呈现反相位变化,在暖涡南部(冷涡北部)边缘显著减小,而在暖涡北部(冷涡南部)边缘明显增大,最大变化幅度达25%;在暖涡南部和冷涡北部,西向背景流导致全日内潮传播相速度分别加快0.7和0.3 m/s,进而引起内潮波峰线向西凸起弯曲。本研究结果对深化理解多尺度背景下的南海北部内波和深海混合时空变化特征具有重要意义。     

渤海海峡水动力分布特征研究

本文采用三维数值模拟的方法,研究了渤海海峡潮位、潮流特征以及各水道的潮通量。结果表明:渤海海峡潮时整体由南向北延迟,南部与北部相差约40 min;渤海海峡潮波兼具前进波和驻波性质,一个潮周期内两次高低潮流速相差较大,最大流速位于老铁山水道,大部分落潮时潮流由北黄海流向渤海,涨潮时相反;落急时表层流速明显大于底层,涨急时表底层流速变化不明显;渤海海峡大潮期落潮潮通量大于涨潮潮通量,总潮通量约1 224.939 6×10~8 m~3,老铁山水道的潮通量占整个海峡潮通量的68.13%。     

背景流与地形对海洋内波影响初探

采用Boussinesq近似,研制了准三维、非线性、非静力的斜压数值模式。利用该模式做了背景流与海底地形对高频海洋内波影响的数值试验。本文得到的主要结论有:各数值试验初始1小时内,有适应过程,并最终形成垂直方向为单圈环流的海洋内波波包;以后进入海洋内波的演变过程,并在非线性作用下形成椭圆余弦波波包,并向孤立内波演变。当无背景流时,地形会激发出两支传播方向相反的海洋内波波包,水深大处波包传播较慢。当存在定常背景流时,在其与地形共同作用下,在地形处会激发出较强的内波波包,若地形足够陡峭,则内波波包截陷于该陡峭处,造成该处强烈的垂直运动。背景流随时间的变化会对在台阶地形跃阶处的内波波包产生不同的影响。     

印度尼西亚海内潮生成及传播过程研究*

文章采用三维海洋模式MITgcm, 对印度尼西亚海(简称印尼海)内潮的生成和传播过程进行了研究。研究结果表明: 1)苏拉威西海和西北太平洋地区的内潮呈现明显的全日潮信号; 望加锡海峡、翁拜海峡、东北印度洋、帝汶海等站位的内潮呈现明显的半日潮信号; 2)印尼海区内潮的标准化振幅在苏拉威西海、望加锡海峡、翁拜海峡、马鲁古海、班达海、东北印度洋和西北太平洋地区均在温跃层附近达到最大, 约为20~40m; 在帝汶海地区在水深200m附近达到最大, 约为25~30m; 3)桑岭、斯兰海、翁拜海峡和帝汶海是主要的内潮生成区域, 内潮能通量达40kW·m^-1; 4)苏禄海的内潮能量主要来自于局地正压潮的转化, 苏拉威西海和班达海的内潮能量则主要来自外部的传入。     

印度尼西亚海内潮生成及传播过程研究

文章采用三维海洋模式MITgcm,对印度尼西亚海(简称印尼海)内潮的生成和传播过程进行了研究。研究结果表明:1)苏拉威西海和西北太平洋地区的内潮呈现明显的全日潮信号;望加锡海峡、翁拜海峡、东北印度洋、帝汶海等站位的内潮呈现明显的半日潮信号;2)印尼海区内潮的标准化振幅在苏拉威西海、望加锡海峡、翁拜海峡、马鲁古海、班达海、东北印度洋和西北太平洋地区均在温跃层附近达到最大,约为20~40m;在帝汶海地区在水深200m附近达到最大,约为25~30m;3)桑岭、斯兰海、翁拜海峡和帝汶海是主要的内潮生成区域,内潮能通量达40k W·m–1;4)苏禄海的内潮能量主要来自于局地正压潮的转化,苏拉威西海和班达海的内潮能量则主要来自外部的传入。     

单一海脊地形对海洋内波生成与传播影响的分析

在海洋内波多发区,海底地形变化是影响海洋内波生成、传播和演化的重要因素。本文基于不可压缩原始N-S方程,在非静压近似条件下,通过建立适应于非线性海洋内波研究的非静压海洋动力学模型,并将其应用于正压潮驱动下的内孤立波生成和传播的数值模拟研究。根据模拟结果,研究了一类单海脊地形拓扑结构变化对内孤立波生成和传播的影响;分析并讨论了地形拓扑结构参数变化与生成的内孤立波传播至特定位置的抵达时间、强度等特征参数之间的变化关系;提出内孤立波生成之前在海脊一侧形成"L-下陷"结构的观点,并揭示了与该观点相合的能量"积聚"和"释放"机制。     

渤、黄、东海内潮的数值模拟

在全球的海洋中,中国东海和临近海域是最显著的内潮生成地之一。本文采用NODC(Levitus) World Ocean Atlas 1998提供的季平均温、盐资料,计算海水的密度,并计算垂向密度梯度的最大值点,得到一个较符合海水实际的密度分层。使用三维非线性数值模型(将海洋分为2层)研究了潮汐(M2,S2,K1,O1分潮)作用下渤黄东海的内潮,揭示了整个海区内潮起伏的空间分布,结果发现大振幅的波动均发生在台湾东北(冲绳海槽)海域和中国近海地形突变之处,其中前者更显著。对于各分潮模拟得到的表面潮与TOPEX/Poseidon高度计资料基本一致。研究结果表明上层海水的深度和厚度的梯度对内潮有一定的影响;冬季分布区域比夏季小,强度比夏季大。     

黄茅海河口沿程异常潮差数值模拟研究

通过一维及ECOMSED二维水动力数值模型,分别计算了黄茅海河口潮波传播中的非线性效应和径流对潮波的影响,以及潮能通量和潮能耗散.计算结果表明:1)在潮汐的高潮和低潮时,非线性效应对潮水位的影响较为明显,且越向上游影响越显著;2)当径流量加大到一定程度时,沿程潮差逐渐向上游减小,而当径流较小时,潮差则沿程增大;3)崖门...