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。     

南海北部一观测点内潮特征的初步分析

采用功率谱分析、调和分析等方法，对南海北部一观测点连续９ｄ（１９８８年５月８－１６日）的温度、盐度和海流及跨越该期间较长的（１９８８年４月２４日－７月２２日）潮位资料进行了分析研究。结果表明，观测点存在着一种内潮现象，其波动的周期在２４ｈ左右，它传播的方向大体是偏北。     

南海北部海面高度的季节内变异及其传播特征 *

利用25年(1993—2017)的卫星高度计资料, 采用复经验正交函数(complex empirical orthogonal function, CEOF)方法, 分析南海北部海区海面高度季节内变异的时空分布及传播特征。标准差分析表明, 南海北部海面高度的季节内变异(intra-seasonal variability of sea level anomalies, SLA-ISV)在沿陆坡外侧区较强, 且SLA-ISV表现出明显的季节性变化, 冬半年强于夏半年。CEOF前两个主要模态能较好地揭示研究海区SLA-ISV的时空分布及其传播特征, 并表明SLA-ISV的强度受到季节性变化和年际变化的调制。全年CEOF的第一模态揭示SLA-ISV从台湾岛西南至西沙群岛以东区域的冬半年西南向传播特征; 而全年CEOF的第二模态则表现了SLA-ISV分别在台湾岛西南和东沙群岛西南的西南向传播特征。南海北部中尺度涡季节变化统计分析表明, CEOF的分解结果与南海北部的涡旋活动一致。     

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.     

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。     

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.     

内潮耗散与自吸-负荷潮对南海潮波影响的数值研究

利用非结构三角形网格的FVCOM海洋数值模式,在其传统二维潮波方程中加入参数化的内潮耗散项和自吸-负荷潮项,计算了南海及其周边海域的M_2、S_2、K_1和O_1分潮的分布。与实测值的比较表明,引入这两项对模拟准确度的提高有明显效果。根据模式结果本文计算分析了研究海域的潮能输入和耗散。能量输入计算表明,能通量是潮能输入的最主要构成部分,通过吕宋海峡断面进入南海的M_2和K_1分潮能通量分别为38和29GW;半日周期的自吸-负荷潮能量输入以负值居多,而全日周期的自吸-负荷潮能量输入以正值居多,因而自吸-负荷潮减弱了南海的半日潮,并加强了南海的全日潮。引潮力的作用也减弱了半日潮而加强了全日潮,但其作用要小于自吸-负荷潮。潮能耗散的分析显示底摩擦耗散在沿岸浅水区域起主导作用,内潮耗散则主要发生在深水区域。内潮耗散的最大值出现在吕宋海峡,且位于南海之外的海峡东部的耗散量大于位于南海之内的海峡西部的耗散量。对M_2和K_1分潮吕宋海峡的内潮耗散总值分别达到16和23GW。     

南海潮汐和潮流的分布特征

本文分析结果表明:(1)在深海区域潮波以前进波的形式自北向南传播,到陆架海域形成驻波。M_2分潮在泰国湾的东部有一个顺时针旋转的无潮点,K_2分潮在北部湾顺化附近和泰国湾西部各育两个反时针旋转的无潮点;(2)M_2分潮流在北部湾和泰国湾最大流速的同潮流时线都存在着两个圆流点,且位于半日分潮波的腹部,在圆流点附近最大流速发生时刻按逆时针方向增加,而其它区域几乎是在同一时刻发生的。K_1分潮流在北部湾和泰国湾也各有一个圆流点;(3)北部湾海防附近的最大变差可达6m以上,而赤道附近、越南顺化、泰国湾中部变差最小,只有1m左右。琼州海峡中部近最大潮流为最强,可达3kn以上,东部深水区域最小,仅0.1kn。     

南海北部陆架坡折带潮流和低频流特征分析

利用旋转谱分析、调和分析和低通滤波的方法,对1987年8月至1988年1月南海北部东沙附近陆架坡折带处定点海流观测资料进行分析,研究了该区域定常余流、潮流和低频流的特征。各观测层次定常余流基本为西向流,垂向呈现较强的正压性。潮流以日分潮和半日分潮为主,呈顺时针方向旋转,全日潮流椭圆长轴普遍大于半日潮流,冬季K1分潮振幅在近底层明显增大,海流在中间层存在明显的惯性振荡。从能量角度分析,剩余流占海流总能量比例较大,定常余流能量主要存在于沿岸线方向,而垂直于岸线方向的能量主要由潮流和剩余流构成。低频流存在显著的季节变化,1988年1月呈现明显的顺时针旋转形态。冬季海表面风应力与次表层低频流有较强的相关性。结合OFES(Ocean General Circulation Model for the Earth Simulator)模拟结果,利用动量平衡分析的方法探究了动量方程中各项对低频流的贡献以及1988年1月次表层出现北向流的动力机制。冬季低频流具有较强的地转流特征,垂向分布受海水层化影响;东北风松弛和反气旋涡的联合作用是次表层出现偏北向流动的主要原因。     

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。     

南海北部白垩系发育特征及构造意义

通过综合分析研究发现,晚中生代时期南海北部构造隆升带存在随时间由北向南逐步迁移:中晚侏罗世广东沿岸开始逐步隆升,大部分地区遭受剥蚀,火山碎屑岩发育,而南海北部则接受了滨浅海相到深海相沉积;早白垩世隆升带向海迁移,广东沿岸发育山间盆地,接受河湖相沉积,在南海北部深海相沉积消失,仅存在海陆过渡相沉积;进入晚白垩世,南海海域整体发生抬升,广东沿岸地区山间盆地范围扩大,陆相地层发育,以陆相洪积扇及河湖相沉积为特征,南海海域大部分地区缺失上白垩统,但在潮汕坳陷发育了一套杂色砂泥岩夹砾岩沉积,含蒸发岩,砂岩中的锆石FT年龄均在75 Ma左右,故地层形成时间应在75 Ma之后,由于上覆新生代地层的约束,该套地层应属晚白垩世,此时潮汕坳陷属前陆盆地,礼乐盆地、巴拉望及民都洛均位于潮汕坳陷南侧或西南侧,属于隆升山脉的一部分。     

南海东沙海域HD319岩心富甲烷环境底栖有孔虫群落结构

对南海东北部东沙海域HD319岩心富甲烷环境和非富甲烷环境底栖有孔虫进行对比研究,旨在探讨富甲烷环境对底栖有孔虫群落结构的影响。结果表明,该岩心富甲烷环境和非富甲烷环境的底栖有孔虫组成有所差异:富甲烷缺氧环境底栖有孔虫群落中耐低氧类内生种群占绝对优势,Uvigerina(U.peregerina,U.hispido-costata,U.rugosa,U.probscidea,U.spp.),Bulimina(B.aculeata,B.mexicana),Bolivina(B.bradyi,B.quadrilatera),Globocassidulina subglobosa,Brizalina superba,Hoglundina elegans等冷泉甲烷相关种大量出现;非富甲烷一般低氧环境下底栖有孔虫以内生种含量占优势,表生种和旋向种零星出现;富氧环境下底栖有孔虫以表生种和旋向种占优势,受有机碳含量变化控制明显。推测底栖有孔虫这种群落结构的差异是适应高甲烷含量的结果,底栖有孔虫对富甲烷环境的响应通过群落结构的差异表现出来。     

南海北部大陆坡区的突发性强流

应用声学多普勒流速剖面仪的定点观测资料 ,分析南海北部东沙群岛西南大陆坡区孤立内波引起的突发性强流。本次观测到的这些强流主要特征为 :( 1 )在 0— 1 50m的观测深度层内 ,流向主要以向岸方向为主 ,每一峰值持续时间约为 1 0— 2 5min。 ( 2 )在大潮期间 ,强流事件出现的次数较多 ,且强度大 ;在小潮期则反之。 ( 3)最强的突发性海流发生于斜压内潮强盛期 ,比天文大潮落后 4— 5d。 ( 4 )突发性强流事件既可呈现多峰型 ,也可呈单峰型。     

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。