Circulation Around Luzon Strait in September as Inferred from CTD,Argos and Argo Measurements and a Generalized Topography-Following Ocean Model

The hydrography, wind, Argos and Argo measurements in the areas surrounding Luzon Strait were collected. Based on the hydrographic data obtained during September 1994, the improved Princeton Ocean Model using a generalized topography-following coordinate system together with a modified inverse method was applied to study the circulation in September. Observations and the diagnostic simulation produce a consistent circulation pattern, and the main dynamical features can be summarized as follows. (1) The Kuroshio has two branches with the main Kuroshio existing above 800 m depth and the western part existing above 400 m depth. The western branch of the Kuroshio leaves the main current near 20.5°N, then flows northwestward through Luzon Strait and finally flows out of the northern boundary southwest of Taiwan, consistent with the trajectory of Argos drifters. (2) The non-linear term is important and cannot be neglected in the momentum equations in the northern part of Luzon Strait under the baroclinicity field. Using non-linear dynamics, the westward intrusion of the Kuroshio into the northern part of Luzon Strait is more curved than when using linear dynamics. However, the non-linear term is smaller and so negligible around Luzon Strait under the homogeneous density field. (3) In the area from 117°E to 119°E and from 20.2°N to 21.7°N, an anticyclonic eddy appears east of Dongsha Islands. (4) At depths above 400 m, the circulation is mainly dominated by the basin-scale cyclonic gyre. (5) In the computational domain west of 121°E, the circulation below 800 m is mainly dominated by the basin-scale anticyclonic gyre. (6) The South China Sea water flows eastward across Luzon Strait in the middle layers, then turns cyclonically, finally flowing northward into the region east of Taiwan Island, which is qualitatively in agreement with the trajectories of Argo floats at about 1000 m depth in the area east of 121°E.

RÉSUMÉ?[Traduit par la rédaction] Nous avons rassemblé l'hydrographie, le vent, les Argo et les mesures Argo dans les régions avoisinant le détroit de Luçon. Sur la base des données hydrographiques relevées durant le mois de septembre 1994, nous avons appliqué le modèle océanique amélioré de Princeton utilisant un système de coordonnées « suivant le terrain » généralisé de pair avec une méthode inverse modifiée pour étudier la circulation en septembre. Les observations et la simulation diagnostique produisent une configuration de circulation cohérente dont on peut résumer comme suit les principales caractéristiques dynamiques. (1) Le Kuroshio possède deux branches : le Kuroshio principal existant au-dessus d'une profondeur de 800 m et la partie ouest existant au-dessus d'une profondeur de 400 m. La branche ouest du Kuroshio quitte le courant principal aux environs de 20,5°N et se dirige vers le nord-ouest à travers le détroit de Luçon pour finalement franchir la limite nord du détroit au sud-ouest de Taïwan, ce qui correspond à la trajectoire des bouées dérivantes Argos. (2) Le terme non linéaire dans les équations est important et ne peut pas être considéré négligeable de quantité de mouvement dans la partie nord du détroit de Luçon dans le champ de baroclinité. Lorsqu'on utilise la dynamique non linéaire, l'intrusion vers l'ouest du Kuroshio dans la partie nord du détroit de Luçon est plus incurvée que lorsqu'on utilise la dynamique linéaire. Cependant, le terme non linéaire est plus petit et donc négligeable autour du détroit de Luçon dans le champ de densité homogène. (3) Dans la région allant de 117°E à 119°E et de 20,2°N à 21,7°N, un remous anticyclonique apparaît à l'est des îles Dongsha. (4) Aux profondeurs inférieures à 400 m, la circulation est principalement dominée par le gyre cyclonique à l’échelle du bassin. (5) Dans le domaine de calcul à l'ouest de 121°E, la circulation sous 800 m est principalement dominée par le gyre anticyclonique à l’échelle du bassin. (6) Les eaux de la mer de Chine méridionale s’écoulent vers l'est à travers le détroit de Luçon dans les couches intermédiaires, puis tournent de façon cyclonique pour finalement s’écouler vers le nord dans la région à l'est de l’île Taïwan, ce qui, qualitativement, s'accorde avec la trajectoire des flotteurs Argo à environ 1000 m de profondeur dans la région à l'est de 121°E.     

Current Observations of Internal Tides and Parametric Subharmonic Instability in Luzon Strait

Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) measurements of the velocity structure in the thermocline in Luzon Strait are presented. The statistics for current, vertical variation of the inertia-gravity waveband, parametric subharmonic instability (PSI), and current shear are analyzed. It was found that 1) barotropic flow primarily consists of a nearly circular mixed tide. Diurnal tides are strongest and show smooth variance with a fortnightly spring-neap cycle, indicative of the astronomical tide-generating force. However, the semi-diurnal band power exhibits a high-frequency oscillation as a result of non-linear interactions. The high-frequency band power with high values during the spring tide oscillates with the tidal cycle. Near-inertial wave motions showing random variance may be caused by changes in the wind forcing at the sea surface or by random forcing. 2) Baroclinic velocities exhibit strong shear structure. The observed large changes in the amplitude of the baroclinic velocity and the limited vertical extent of the high-velocity cores may be interpreted as internal wave beams that pass through the observed water column. Semi-diurnal tides are dominant in the baroclinic velocity. Kinetic energy spectra also revealed that additional peaks were centred at sum-tidal-inertial interaction frequencies (such as M₂ ?+?f) and difference-interaction frequencies (such as M₂ ???f). The spectral exponent of the baroclinic velocity is ω^?α (1?<?α?<?3). 3) Strong non-linear interactions among internal waves exist, and the semi-diurnal (M₂) component plays a key role in these interactions. Bicoherence analysis showed that M₂/2 waves were non-linearly coupled with the dominant M ₂ internal tide. 4) The polarization relations were used to diagnose observational internal tidal motions. Diurnal waves propagate to the east-northeast, and the semi-diurnal–diurnal waves propagate westward. In the case of diurnal tides, the minor to major axis ratio is different from the expected value of f/ω_{K 1} because of the deviation of inclinations, whereas, for semi-diurnal tides, it is close to the expected value of f/ω _M2 at depths from 30 to 150 m.

RÉSUMÉ?[Traduit par la rédaction] Nous présentons les mesures de la structure des vitesses dans la thermocline faites par profileur de courant à effet Doppler (ADCP) dans le détroit de Luçon. Nous analysons les statistiques sur le courant, la variation verticale de la gamme d'ondes d'inertie-gravité, l'instabilité subharmonique paramétrique (PSI) et le cisaillement du courant. Il ressort que 1) l’écoulement barotrope consiste principalement en une marée mixte presque circulaire. Les marées diurnes sont les plus fortes et présentent une variance régulière dans un cycle vives-eaux mortes-eaux de deux semaines qui révèle la nature astronomique de la force qui produit les marées. Cependant, la puissance de bande semi-diurne affiche une oscillation de haute fréquence causée par des interactions non linéaires. La puissance de bande de haute fréquence avec des valeurs élevées durant les vives-eaux oscille avec le cycle des marées. Les mouvements des ondes quasi inertielles affichant une variance aléatoire peuvent être dus à des variations dans le forçage par le vent à la surface de la mer ou à un forçage aléatoire. 2) Les vitesses baroclines exhibent une structure fortement cisaillée. Les changements marqués observés dans l'amplitude des vitesses baroclines et l'extension verticale limitée des c?urs de vitesse élevée peuvent être interprétés comme des faisceaux d'ondes internes qui traversent la colonne d'eau observée. Les marées semi-diurnes sont dominantes dans les vitesses baroclines. Les spectres d’énergie cinétique ont aussi révélé que des crêtes additionnelles étaient centrées aux fréquences d'interaction cumulative marée-inertie (comme à M₂ ?+?f) et aux fréquences d'interaction différentielle (comme à M₂ ???f). L'exposant spectral de la vitesse barocline est ω^?α (1?<?α?<?3). 3) Il existe de fortes interactions non linéaires entre les ondes internes et la semi-diurne (M₂) joue un rôle clé dans ces interactions. L'analyse de bicohérence a montré que les ondes M₂/2 étaient non-linéairement couplées avec la marée interne dominante M₂ . 4) Nous avons utilisé les relations de polarisation pour diagnostiquer les mouvements de marée internes déduits des observations. Les ondes diurnes se propagent vers l'est-nord-est et les ondes semi-diurnes se propagent vers l'ouest. Dans le cas des marées diurnes, le rapport de l'axe secondaire à l'axe principal diffère de la valeur attendue (f/ω_{K 1} ) à cause de l’écart des inclinaisons alors que pour les marées semi-diurnes, il est proche de la valeur attendue (f/ω _M2 ) à des profondeurs de 30 à 150 m.     

涡分辨率全球海洋环流模式LICOM模拟的吕宋海峡流场的季节变化

分析了一个1/10°的涡分辨率全球环流模式LICOM(LASG/IAP Climate system Ocean Model)对吕宋海峡附近海洋环流的模拟能力。结果表明,模拟的吕宋海峡附近上层环流及输运具有明显的季节变化特征,除6月是东向净流出外,其余月份均为西向流入,冬季流量最大。年平均流量在-3.76 Sv(1 Sv=106 m3/s),其中上层(600 m以上)流量起主要贡献,为-3.60 Sv,与目前已有的研究结果基本一致。南海通过6个海峡完成与外界的水交换,其中吕宋海峡和巴拉巴克海峡是大洋水进入南海的主要通道,其余海峡均以流出为主,流出量最大的是台湾海峡(1.99 Sv),其次是卡里玛塔海峡(1.03 Sv)。进一步分析表明,由季风引起的埃克曼输送量约占吕宋海峡流量的11%,而由季风引起的吕宋海峡压力梯度形成的西向的地转流对吕宋海峡的输运起支配作用。作为黑潮源头的太平洋北赤道流流量对吕宋海峡输运的季节变化也有一定影响。     

A diagnostic calculation of the circulation in the upper and middle layers of the Luzon Strait and the northern South China Sea during March 1992

Wind data from NCEP and hydrographic data obtained during 8–27 March 1992 have been used to compute circulation in the Luzon Strait and the northern South China Sea using three-dimensional diagnostic models with a modified inverse method. Numerical results are as follows: the main Kuroshio is located above 800 m levels. It has two intrusive branches of the Kuroshio in the areas above 400 m. One part intrudes anti-cyclonically northwestward, then flows through the area above 200 m southwest of Taiwan and into the Taiwan Strait. The other part intrudes westward and flows cyclonically in the areas north of the cyclonic eddies, then flows southward through the southern boundary of the region. The net westward volume transport (VT) through Section at 120°15′E between Luzon Island and Taiwan Island is about 3.0 Sv, net northward VT through northern boundaries into the Taiwan Strait is about 1.4 Sv and net southward VT through southern boundaries is about 1.6 Sv, which finally flows into the Karimata and Mindoro Straits. In the areas above 400 m east of 117°15′E, the circulation is mainly dominated by the basin-scale cyclonic gyre, which consists of two cyclonic eddies. However, in the areas below 400 m east of 119°00′E, the circulation is mainly dominated by basin-scale anti-cyclonic gyre. The joint effect of baroclinity and relief and interaction between wind stress and relief are important in different area respectively for the pattern of the depth-averaged flow across contours of fH⁻¹.