南海西南海域的内波和细结构

根据１９９０年初夏南海西南部水域的两个连续站ＣＴＤ和多层海流计资料及５０多个大面站ＣＴＤ资料的分析研究得到一些关于此海域的内波和细结构的特性。它包括等温、盐、密度面起伏的特性，盐度双跃层和逆盐层等长存性细结构、温度Ｃｏｘ数的概率密度函数及流速频谱的特性，Ｃｏｘ数和温度脉动垂向波数谱的一般品性及其随水层和地域的变化规律等诸方面。     

美国圣迭戈(San Diego)外海的温盐细结构和地转流切变的估算

近十来年,海洋学家研究了海洋中温、盐和密度在细尺度(1—100米)范围内的变化,即温、盐和密度的细结构。产生细(和微)结构的机理大致有两种:1.不同水团的相互交错。它又有两种可能:一种为流速切变产生的机械搅拌;一种为双扩散产生的对流搅拌。2.内波破碎,它能产生不同于流速切变所产生的机械搅拌。 研究海洋细微结构中一个重要的问题是要确定产生细微结构的机理。Jahnsan.Cox和Gallagher(1978)提出了一个分辨内波破碎和水团入侵产生的细微结构的判据。     

小振幅海洋内波的演变、破碎和所致混合

利用基于谱方法和MPI并行运算的数值模式SpectralModel,直接数值模拟了三维小振幅海洋内波的演变、破碎和所致湍流混合,指出导致其不稳定而破碎的为PSI(parametric subharmonic instability)机制;对于内波破碎所致的湍流混合过程,分析了跨等密度面扩散系数kρ、混合效率γ、浮力通量谱、动能谱以及势能谱等统计性质:内波破碎前,kρ和γ保持低值水平,浮力通量谱值为负,且集中在低波数段;内波破碎后,kρ和γ迅速增大,最大值分别约为0.9×103m2/s和0.18,浮力通量谱值在低波数段为负值,在高波数段为正值,这是因为层化湍流中势能向小尺度运动传递和动能向小尺度运动传递相比更为有效。在内波破碎、强湍流混合阶段,势能谱存在一谱段满足kz3律,P(kz)=0.2N2kz3。此外,与二维模拟结果相比较,导致内波不稳定而破碎的均为PSI机制,kρ、浮力通量谱、势能谱变化趋势大体一致;但三维数值实验中,内波破碎时间提前,湍流衰减加快;KE谱在高波数部分下降速度相对减小,更接近于kz3。     

关于南沙海域内波与细结构研究

作者综述了南沙海域内波及细结构研究现状。首先介绍研究中所用的国际或国内首次使用的一些研究方法,它们包括最基础的ＣＴＤ资料质量控制的方法,浮力频率计算方法、频散关系和波函数计算方法,细结构概率分布假设检验方法,内波检测方法,内潮计算的谱差分方法等。而后总结所得的研究成果（其中一部分是首次发表的）,它们包括南沙海区浮力频率的分类及其随地域和季节的变化规律;内波频散关系和波函数;细结构特性及其与内波的关系;细结构的非高斯概率分布特性;垂向波数谱特性及其随季节、地域及水层的变化;频率特性;Ｃｏｘ 数及其概率分布;内潮特性等。最后对今后研究方向作了展望。     

赤道附近141°30'E断面温盐细结构特性

根据中美海气TOGA调查第1～4航次(1986～1988年)的CTD资料及部分ADCDCP资料,分析研究横跨赤道141°30'E断面的内波及细结构特性,其中包括温度垂直梯度的概率分布及其谱特性,C_OX数的统计分布及Richardson数的垂直分布等,由此得出;该断面存在入侵性细结构、双跃层及阶梯结构;温度垂直梯度谱在波数0.1附近有一折点K₁,按谱斜率不同将谱分为3段,当0.031时,β<1;当K₁相似文献   

用CTD资料分析东海温、盐、密度垂向结构的初步尝试——Ⅱ.温度细结构特性初探

本文利用现有的CTD资料估算了东海大陆架和大陆坡一个断面上的温度梯度垂向波数谱;揭示了一个断面上不同深度的测站和不同层次的谱特性,并与深水大洋中的主温跃层作了比较;文中还推测了细结构的某些可能的产生机制.     

层化对东海大陆架潮流垂向结构的影响

利用ADCP对东海大陆架定点(26°30.052′N,122°35.998′E)连续观测6个多月的海流数据进行分析研究,结果表明:层化对该海域潮流的垂向结构有显著影响,层化导致潮流流速、潮流椭圆长轴、椭圆率和倾角在通过密度跃层时发生较大改变。9月份,东海大陆架存在较强的密度跃层,层化加强,海流流速、M2分潮潮流倾角和M2分潮潮流椭圆率在跃层深度以浅随深度显著增大,跃层处达最大,跃层以深随深度迅速减小;2月份,上层海洋混合较强,密度跃层强度最弱,潮流流速、潮流椭圆长轴、椭圆率和倾角在垂向上变化不大。     

背景流中海洋内波垂向结构的计算和分析

利用了无摩擦、不可压情况下的旋转流体线性方程组,基于数值计算的方法,对背景流中海洋内波各个模态垂向结构进行了分析。结果表明:在无背景流时,海洋内波的垂向结构为简谐波;模态越高,其在垂直方向结构就越复杂,这时其模态属海洋内波的离散谱。在有垂直切变的背景流时,因受背景流的调制,其波形发生变化;此时海洋内波的前几个模态仍与简谐波类似,属海洋内波的离散谱,而此后的模态垂向结构不再光滑连续,出现了间断(奇性),该间断处即为临界层,该具有间断的模态属海洋内波的连续谱,而其积分则为海洋内波波包。正海洋内波在海洋中非常常见,是发生在密度稳定层化海水中的一种波动,其最大振幅出现在海洋内部,是重要的海洋中尺度现象。海洋内波的存在,使得海水运动以及水文要素的分布与变化更加复杂。由于内波发生机制的复杂性以及时空特征的随机性,内波成为海洋学研究中的难点。鉴于海洋内波在海洋学和军事上的意义,目前已经成为研究的活跃领域。对海洋内波垂向结构的研究不但有重要的理论意义,而且有广     

大洋细结构的一种可能的机制 Ⅱ.剪切和拉伸(英文)

研究了Ｓ、ＳＩ和ＳＦ场的剪切谱、拉伸谱、拉伸对剪切之比以及Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ函数。发现剪切和拉伸谱在铅直波数βｃ处（约为０．１ｃｐｍ）出现由ｆ～引起的不稳定性。这些结果与ＰＡＴＣＨＥＸ等观测资料的比较进一步支持在部分Ⅰ中提出的推测。分析旋转向量水平分量（ｆ～）沿着内波（尤其是惯性内波）的一个等势密度面的作用,提出了一种产生大洋细结构的可能物理机制。它有些类似于表面波动力学中的风生漂流机制。     

基于舟山外海连续测站的湍混合研究

利用2010年4月3日在舟山外海观测的25hLADCP海流数据与CTD连续观测数据,综合利用Thorpe方法、功率谱分析、交叉谱分析等方法对测站所在海域的小尺度湍混合参数进行估计,分析并讨论了其时空分布特征及影响因子。研究结果表明,上混合层湍流所致的垂向翻转尺度普遍大于下混合层,较大尺度翻转均出现在潮位峰值附近,涨潮时段混合明显大于落潮时段且半日周期,1/4周期显著。该站点存在明显的"上强下弱"双密度跃层现象,湍动能耗散率、湍混合率也呈现出"表强底弱"特征。弱跃层中近惯性频率的内波和近半日潮频率的内潮信号最为显著,而强跃层中则是高频内波和近半日潮频率的内潮信号明显,上下跃层及其之间伴有间歇性强湍流发生。上混合层平均的湍混合对风应力的响应要快于对海流的响应,底应力是下混合层水体湍混合的重要因子。     

澳大利亚悉尼外海陆架区内波场谱特性的分析

本文对澳大利亚悉尼外海陆架区上历时9天的浅海锚系海流计资料作了谱分析。得出,观测得到的脉动可能是内波,其低频分量以相速0.55m/s垂直于等深线向岸传播。不同于大洋内波谱特性,观测得到的温度谱呈ω-3/2律,并在ω=N处有急剧下降,而水平动能谱在低频段呈ω-5/2律,在高频段呈ω-4/8律。观测得到内波的总能量约为GM谱的1/2,可以认为上述与GM谱之偏离是由于从远处传入之内波的耗散,浅海局地生成的内波以及细结构污染等因素所致。     

用小波变换研究赤道西太平洋温度细结构

使用小波变换分析了赤道西太平洋暖池区的CTD资料的温度序列,表明垂向温度细结构具有自相似特征,有可能使用分数维模型来描述.计算了温度序列的奇异性指数及其概率分布,发现此分布具有近似普适的形式.非零概率的负指数意味着温度剖面可能存在奇异点.对经小波变换后的序列的周期性统计表明周期△和尺度α遵从幂律标度△～αβ,β≈1.这提示着细结构背后可能存在简单的二分串级机制.小波变换的振幅反映了温度脉动的强弱.据此可以确定脉动能量的垂向分布和能谱密度,和传统方法的比较表明小波能谱较为光滑,有利于精确测定谱斜率.     

1987年7月粤东陆架区温、盐、密度跃层的分布特征

1987年7月份的温、盐分布特征表明:夏季本海区表层水向外海扩散,底层水则向岸边涌升。 调查期间,因风力和缓,上匀和层的厚度由浅水区的0m逐渐增大到外海的30m。温、盐密度跃层的强度在浅水区大,而在深水区则较小。温度和密度跃层的厚度分布为:由浅水区的小于30m增至深水区的大于90m;而盐度跃层厚度则由浅水区的大于40m逐步向外海减至10m左右。本海区的跃层分布主要与天气状况、水团配置以及环流有关。 温度和盐度跃层的周日变化明显,其强度和厚度均有一定变化幅度。     

赤道附近141°30′E断面温盐细结构特性

根据中美海气ＴＯＧＡ调查第１～４航次（１９８６～１９８８年）的ＣＴＤ资料及部分ＡＤＣＤＣＰ资料，分析研究横跨赤道１４１°３０′Ｅ断面的内波及细结构特性，其中包括温度垂直梯度的概率分布及其谱特性，ＣＯＸ数的统计分布及Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ数的垂直分布等，由此得出；该断面存在入侵性细结构、双跃层及阶梯结构；温度垂直梯度谱在波数０．１附近有一折点Ｋ１，按谱斜率不同将谱分为３段，当０．０３＜Ｋ＜Ｋ１时，β＜１；当Ｋ，＜Ｋ＜０．６时，β为－１．７～－３；当０．６＜Ｋ＜ｌ时，β为－３．５～－５。     

长江河口北槽的周期性层化对潮流椭圆垂向结构的影响

基于现场观测流速、盐度资料,通过采用整体理查森计算公式、潮汐调和分析理论,本项研究定量分析了长江河口北槽的周期性层化对M2半日分潮潮流椭圆垂向结构的影响。结果显示:小潮期间层化显著强于大潮,仅小潮出现密度跃层。在向陆端位于导堤和丁坝内的各站位,各层的潮流椭圆均退化为往复流形式;然而,在向海端位于导堤和丁坝外的站位,各层的潮流椭圆均呈顺时针旋转。小潮期间整体理查森数与表、底层潮流椭圆率之差呈现清晰的正线性相关关系,表明层化对潮流椭圆的垂向结构有显著影响。在向海端位于导堤和丁坝外的站位,小潮期间表、底层潮流椭圆倾角差达到约40°,而大潮为10°以下。小潮期间大多数站位的表、底层潮流椭圆相角差达到20°~50°,而大潮为10°以下,小、大潮周期性变化明显。潮流椭圆倾角和相角都在密度跃层处存在明显的垂向突变。在强层化的小潮期间,层化导致的密度跃层处垂向涡动粘性系数的剧烈衰减可能是潮流椭圆椭圆率、倾角和相角垂向变化的主要物理因素。     

夏季长江河口层化与湍流混合特征分析

利用2016年夏季长江河口现场水文特性与湍流微结构观测资料, 分析了长江河口水体温盐结构、层化发育、湍流与混合特征。结果表明: 1)夏季长江河口水体密度层化结构明显, 根据各层水体密度梯度差异, 可将水体分为底部混合层和上层密度跃层, 两部分的密度层化界限与浮力频率等值线lg N ² = - 4.0接近。2)底部混合层湍动能耗散率大, 层化结构弱, 水体分层稳定性弱; 上层密度跃层湍动能耗散小, 层化结构强, 水体分层稳定性强, 这有利于河口内波的发育与传播。3)在密度层化的作用下, 水体的湍动能耗散率、湍动能剪切生成及浮力通量的能量关系在一定范围内符合湍动能局部能量平衡方程。不同层之间的湍流弗劳德数Fr_t和湍流雷诺数Re_t在Fr_t-Re_t平面上呈现明显的分区, 与经典的分层剪切流理论基本吻合。     

长江河口北槽的周期性层化对潮流椭圆垂向结构的影响鏯

基于现场观测流速、盐度资料,通过采用整体理查森计算公式、潮汐调和分析理论,本项研究定量分析了长江河口北槽的周期性层化对M2半日分潮潮流椭圆垂向结构的影响。结果显示:小潮期间层化显著强于大潮,仅小潮出现密度跃层。在向陆端位于导堤和丁坝内的各站位,各层的潮流椭圆均退化为往复流形式;然而,在向海端位于导堤和丁坝外的站位,各层的潮流椭圆均呈顺时针旋转。小潮期间整体理查森数与表、底层潮流椭圆率之差呈现清晰的正线性相关关系,表明层化对潮流椭圆的垂向结构有显著影响。在向海端位于导堤和丁坝外的站位,小潮期间表、底层潮流椭圆倾角差达到约40°,而大潮为10°以下。小潮期间大多数站位的表、底层潮流椭圆相角差达到20°~50°,而大潮为10°以下,小、大潮周期性变化明显。潮流椭圆倾角和相角都在密度跃层处存在明显的垂向突变。在强层化的小潮期间,层化导致的密度跃层处垂向涡动粘性系数的剧烈衰减可能是潮流椭圆椭圆率、倾角和相角垂向变化的主要物理因素。     

南海北部中深层细结构混合研究

基于2007年8月获得的ADCP（声学多普勒流速剖面仪）海流资料和CTD（温盐深剖面仪）水文资料，应用Gregg模型对南海中深层内波尺度的混合进行估计，同时应用Thorpe尺度对中深层存在的垂向翻转及由此引起的混合进一步分析。两种方法均显示，吕宋海峡附近上层400m的耗散率及混合率均强于18&#176;N断面，中深层两个区域的混合率并没有显著区别。这表明吕宋海峡上层400m，可能存在更活跃的内波活动，从而产生更强的内波混合和垂向水团翻转。Gregg模型估计的耗散率和混合率量级分别为10^-9W&#183;kg^-1和10^-6m^2&#183;s^-1。大部分CTD站位在中深层均存在垂向翻转，而且保持较高的发生率，翻转所对应的混合率并不随深度增加而减小。以上南海北部的细结构混合特征增强对南海中深层混合的认识。     

椒江河口悬沙浓度垂向分布和泥跃层发育

论述了椒江河口粘性细颗粒泥沙洪、枯季及大、小潮悬沙浓度分布.椒江河口水体高度混浊,近底层悬沙浓度可达71kg/m3以上.在河口最大混浊带,小潮期水体层化现象明显,悬沙浓度垂向分布呈三层结构,即活动悬沙层、泥跃层和浮泥层.泥跃层是水体中悬沙浓度分布剧变层,梯度大.在河口咸、淡水互相作用下,悬沙浓度大于3kg/m3、盐度在4～16及水流速度中等的条件下泥跃层发育.     

赤道西太平洋 1°45''''S,156°E 海区的半日内潮波特性

通过对TOGA-COARE期间的一组锚系仪器阵列资料的分析得出:在赤道西太平洋1°45′S,156°E.海域存在显著的半日潮频内波,它的水平波数(波长)、垂向波数、水平传播速度和垂向传播速度分别约为:3.3×10-2 km-1 (210 km),-1.6×10-3 m-1,2.0 m/s,-3.8 cm/s.波形向斜下方传播,亦即波能向斜上方传输.它在观测点西南方生成后,向东北方向传播,到达观测海区.流速矢量旋转谱水平随深度的变化呈马鞍形,低谷及深处的峰所在深度分别与南赤道流及赤道潜流的南边界所在深度大体一致.旋转椭圆主轴方位角随深度变化,在浅层(40 m处)为北偏东30°,到深处(324 m)转为东偏南14°.总体上呈东北方向,表明波来自西南方向.