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。     

南海北部台风和中尺度暖涡对近惯性振荡的影响

基于2014年8-9月南海北部东沙群岛附近海域两个临近站位(站位A,20.736°N,117.745°E,水深1 249 m;站位B,20.835°N,117.56°E,水深848 m)的潜标数据,研究了台风过境所激发的近惯性振荡的特征,分析了中尺度暖涡对近惯性频率的调制及其对近惯性动能分布和传播的影响。站位A(B)142(175) m以浅,近惯性频率由0.710 1(0.713 3)周/d红移至0.659 2周/d,频率减小了7.2%(7.6%),观测结果与两个站位所处的背景涡度相吻合。中尺度暖涡改变了水体层结状态,两个站位的近惯性动能在不同层结中被改变了0.5～3倍。水体层结对能量的折射作用使得站位B的近惯性动能在深度158～223 m之间衰减较少,而站位A的近惯性动能则随着深度的增加快速减小。站位A和站位B近惯性内波的垂向群速度分别约为15.2 m/d和14.1 m/d。如果忽略近惯性动能的水平辐散,近惯性内波的垂向传播分别造成了两个站位垂向上约47%和38%的近惯性动能衰减。     

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。     

南海北部流切变环境中台风引起的近惯性振荡的比较研究

通过2008年和2009年布放在南海北部的声学多普勒流速剖面仪(ADCP)锚系潜标,本文观测到了三次由台风引起的近惯性振荡(NIO)事件,分别编号为2008a,2009a,2009b,并对其进行了比较研究.其中2008a在三次事件中强度最大,持续时间最长(15 d),而2009a和2009b仅分别持续了4 d和8 d.三次事件的垂直能量分布和位相传播有明显的区别.在频率偏移方面,2008a的峰值频率略低于局地科氏频率(红移),而2009a和2009b则体现出蓝移.不同的NIO事件的特征表现主要由台风扰动和背景流场环境共同决定,特别是背景流场通过平流和调制作用在其中起了重要的作用.本文的研究为不同背景流场中NIO的不同响应提供了观测的证据.通过分析数模提供的背景流场的涡度和有效科氏频率,2008a事件中较强的振幅和较长的持续时间是由于背景的剪切流场的波导效应造成,其改变了台风过后NIO的能量分布,将入射波能量集中于负涡度区域.而2009a和2009b事件中由于涡度不明显,因此没有类似效应.     

南海北部中尺度涡流预报及应用

南海北部海域是南海中尺度涡的高发区,该海区的多尺度动力过程及相互作用经常对海上工程安全造成重大影响。针对“FPSO-119”海洋工程施工船在2021年5月8日20时左右遇到“怪流”后瞬时大幅度失位现象,在排除内波等其他海洋现象与外因影响的前提下,利用海表面高度异常(SLA)数据、HYCOM模式数据以及现场实测数据,分析认为“怪流”是施工海域内中尺度涡与潮流正向叠加所导致。在此基础上,结合TPXO潮流预报数据,提出了一种将中尺度涡流与潮流矢量叠加的涡流预报方法,并通过FVCOM数值预报,对施工海域的中尺度涡流进行预报。经过与现场实测数据的后报检验,该方法能够反映施工海域内涡流在未来2 d内的主要运动特征,可作为海上工程应对“怪流”的重要参考,在工程应用中结合内波流、风海流等其他信息综合考虑分析,可更好地为海洋工程和船舶航行等提供安全保障。     

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...     

2021年10月南海北部上层细结构对台风“圆规”的响应分析

基于水下滑翔机观测资料,分析了2021年10月南海北部上层海洋细结构强度及类型对台风“圆规”的响应特征。在细结构强度响应方面,受台风“圆规”影响,次表层盐度升高,温度降低,最大降温幅度可达3℃,温跃层中上部细结构显著增强。“圆规”影响期间,温度、盐度细结构强度最大值深度均约为50 dbar;台风过境后,温度、盐度细结构强度最大值分别移至温跃层上部和中部。结果表明,“圆规”通过加强海洋上层混合促进了“共变型”细结构的生成。台风中心过境时,Ekman抽吸引起的上升流对温跃层产生了水团入侵的效果,从而使“侵入型”细结构瞬时增多;台风过境后,“侵入型”细结构强度迅速衰减,“共变型”细结构在温跃层内减弱,而在200～400 dbar深度范围内继续加强,表示该层海水混合继续加强。由此表明,南海北部上层细结构的强度和类型变化对台风“圆规”响应显著。     

基于遥感的南海北部中尺度涡对内孤立波传播的影响

海洋内孤立波和中尺度涡是南海北部常见的中尺度动力过程。本文利用2010−2015年的Terra/Aqua-MODIS、ENVISAT ASAR和多源卫星高度计资料开展了南海海洋内孤立波和中尺度涡遥感探测研究,分析了中尺度涡对内孤立波传播方向的影响。结果表明,中尺度涡和内孤立波主要在南海东北部海域共存,当二者共存时,气旋（冷涡）促使内孤立波偏离原来的传播方向,向西偏南方向传播;反气旋（暖涡）促使内孤立波向西偏北方向传播,气旋与反气旋改变的内孤立波传播方向刚好相反。内孤立波和中尺度涡共存时间主要集中在3−9月,其中,3月受气旋和反气旋的共同作用,内孤立波传播方向几乎无变化;4月和5月,主要受气旋影响,内孤立波偏离原来传播方向向南传播;6−9月,主要受反气旋影响,内孤立波偏离原来的传播方向向北传播。本文利用遥感手段探索了海洋中尺度涡对内孤立波传播方向的影响,结果与现场观测结果一致。     

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。     

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°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·kg^-1和10^-6m^2·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。     

南海北部反气旋涡对内孤立波传播的影响研究

海洋内波具有振幅大、流速强和周期短等特点,可对海上施工和水下作业安全造成严重威胁。南海北部陆坡海域是内孤立波和中尺度涡频发的海域之一,研究中尺度涡对内孤立波传播的影响对深入了解南海北部内孤立波在反气旋涡过境时的传播特征、提高该海域内波预报准确性具有重要意义。基于此,本文利用布放于南海北部东沙群岛西侧陆坡海域的潜标观测数据,针对2017年3月一个反气旋中尺度涡经过潜标站位的过程,探讨了中尺度涡对内孤立波传播的影响。结果表明：①受反气旋涡影响,内孤立波的平均振幅减小28.6%,其主要原因是中尺度涡导致等温线下压,进而对内孤立波的振幅产生抑制作用,其影响过程可用趋浅温跃层理论描述。②反气旋涡影响期间,内孤立波的平均波速由1.26 m/s增大到1.47 m/s,增幅约16.7%,反映了反气旋涡对内孤立波波速的强化作用,这种强化作用主要是由中尺度涡边缘流场引起背景流场变化所致,而中尺度涡引起的温盐场变化对内孤立波波速的影响相对较小。     

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。     

南海北部相干内潮和非相干内潮演变特征

通过南海北部跨越陆坡和陆架区的3套潜标数据,对全日和半日相干、非相干内潮的动能变化特征进行了研究。研究表明,全日内潮沿陆坡区向陆架区传播的过程中,在陆坡区主要以全日相干内潮生成为主,平均动能生成率为2.32 J/（m3·s）;在陆架区以全日相干内潮耗散为主,平均动能耗散率为0.44 J/（m3·s）。全日非相干内潮动能在陆坡和陆架区均增长,平均动能生成率分别为0.39 J/（m3·s）和0.03 J/（m3·s）。全日与半日相干内潮动能在陆坡和陆架区的表现不同,陆坡区的全日相干内潮动能明显大于陆架区的全日相干内潮动能,而半日相干内潮动能在陆坡和陆架区没有明显差别;陆架区的全日和半日非相干内潮动能要大于陆坡区的全日和半日非相干内潮动能。     

南海北部的春季流场季节内变异个例分析

在南海北部,与中尺度涡相关的季节内变异特征十分显著,通过比较不同时期流场的季节内变异特征,有助于揭示不同动力不稳定中尺度涡对季节内活动的影响。本文以南海北部2009年春季和2020年春季为例,分析了两个时期中尺度涡的动力不稳定性,从而探究季节内变异特征。基于潜标实测流速数据,本文进行了动能谱分析,结果显示这两个时期的流场季节内变异具有相似特征,显著周期分别为10～60 d和30～90 d。季节内信号主要出现在200 m以上的上表层水域,其中30～90 d的季节内流是对应观测期间的主要季节内成分。滞后回归分析和动力不稳定性的计算表明,2009年春季的季节内变异受移动快但强度弱的表层中尺度涡影响,动力不稳定性由斜压不稳定和正压不稳定共同调制;而2020年春季的季节内变异是受强斜压性的中尺度涡影响,通过流速垂向切变增强,从而较快地触发流场季节内变异的发生。本文研究结果有助于深入了解中尺度涡对南海北部季节内活动的影响机制,为海洋动力学和气候研究提供了重要的参考和理论基础。     

基于遥感图像的南海北部内孤立波及相互作用研究

本文通过对卫星遥感图像中的内孤立波及相互作用现象进行统计分析,讨论了南海北部内孤立波及相互作用现象的时空分布特征,验证了利用卫星遥感图像反演内孤立波振幅和传播速度以及研究内波相互作用现象的可行性。统计结果表明,南海北部的内孤立波主要集中在东沙群岛以及海南岛南部,内波相互作用主要集中在东沙岛西北部以及海南岛南部。本文对此给出解释:内波传播至东沙岛附近发生绕射,绕射的内波分裂成两列后以不同的传播方向继续向西传播,相遇并发生相互作用;内波在海南岛浅滩处发生反射,与后续传来的内波发生相互作用。同时,本文利用Korteweg-de Vries (KdV)方程和Benjamin-One(BO)方程,结合观测数据,对内波振幅和传播速度进行了反演实验。反演所得的内波振幅和传播速度与南海北部实际内波振幅和传播速度相近。     

基于实测资料的南海北部台风“海鸥”致近惯性振荡研究

文章利用2014年9月南海东北部附近海域的A、B两个相距约20km的潜标数据, 分析了台风“海鸥”在南海东北部激发的近惯性振荡的垂向分布特征。结果表明, 台风过境在两站点激发了强烈的近惯性振荡, 其能量由海表向海洋内部传播; 近惯性能量在表层随着深度增加而增大, 最大值出现在次表层, 此后随着深度增加迅速衰减。但是两个观测站点的近惯性振荡垂向分布特征有较大的差别: A站点的近惯性振荡在不同深度上存在三个不同的垂向相速度, 而B站点的垂向相速度没有变化; 两站点的最大近惯性动能的大小及其所在深度不同, B站点比A站点的最大近惯性动能大15%左右。台风过后两个站点均出现由近惯性波f和半日内潮波D₂非线性相互作用产生的次级波动fD₂, 但其强度存在差异。台风后A站点fD₂在不同深度上有不同的变化, f和D₂相互作用较弱; 而B站点的fD₂在整个近惯性振荡影响深度内都是增强, 其fD₂和f频带的动能和流速在时空分布以及变化趋势上有较好的相关性。两站点的近惯性振荡垂向相速度以及次级波动fD₂的不同可能是水体层结的差异和涡旋的影响所导致的。     

冬季南海北部中尺度涡旋的数值研究

南海环流的一个主要特征是上层海洋环流具有多涡结构,海洋中尺度涡旋的演变(时间上的生消和空间上的迁移)是南海环流季节调整的可能方式。文中依据卫星遥感海面高度资料和实际海洋观测所揭示的南海北部存在中尺度涡旋体系的基本事实,采用一个改进了涡分辨(eddy-resolving)普林斯顿海洋模式(POM),对冬季处于强盛的东北季风强迫以及黑潮在巴士海峡入侵的共同作用下的南海北部环流的中尺度涡旋体系进行了数值研究,初步再现了冬季南海北部中尺度涡的生命史。计算结果表明,在实际的气候冬季风应力驱动下,具有的实际侧边界地形的南海北部呈现有强烈的中尺度涡旋。文中探讨了中尺度涡的垂直结构、温盐场的配置以及大尺度水平辐合辐散、海洋垂直运动与之相关的时空结构。由此可以得知,在冬季南海北部中尺度涡旋生命史的不同阶段,上述动力学因子的重要性是相对的。不同的敏感性试验表明,斜压调整是形成冬季南海中尺度涡旋体系的决定性因子;边界的入流和风应力驱动是影响中尺度涡旋运动的主要因素。     

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。     

台风Wayne过后南海北部陆架海域的近惯性振荡

1986年8月18日8616号台风维纳(Wayne)在南海中部生成,其后在南海北部迂回盘旋,前后3次穿越巴士海峡,9月4日在海南岛登陆。布放在海南岛东部陆架上的锚系浮标记录了台风中心过境前后风和近表层的海流响应。分析结果表明,台风中心过境造成海水强烈的近惯性运动,其影响大约持续了6—8d,近惯性振荡的频率为0.029 2周.h-1(周期约34.2h),高出当地的惯性振荡频率(0.028cph)4.3%。带通滤波所提取的惯性运动特征显示,台风过境后惯性振荡逐渐衰减,惯性圆逐渐向西南方向偏移。根据这一个例,探讨了台风条件下近表层流速与风速的关系以及台风尾迹中近惯性流流速衰减过程的经验描述,可为近海海洋工程设计提供参考。