南海东北部全日非相干内潮的特征及其成因

本文利用南海东北部的潜标资料研究了南海东北部全日非相干内潮的特征。潜标数据的结果表明,在2010年7月下旬和8月上旬,全日非相干内潮的能量显著增强,同时全日内潮的总能量强度达到了预期(相干部分)的两倍;从能量的垂向分布上来看,非相干内潮的能量最大值出现在120 m深度附近。射线追踪模型的结果表明,此次强非相干内潮能量主要来自吕宋海峡的中部,黑潮入侵是导致非相干内潮信号增强的主要原因,全日内潮在吕宋海峡中部生成后向西传播进入南海,而黑潮改变了全日内潮的传播路径,将西向传播的内潮向北折射,导致来自多源地的内潮在潜标处叠加,引起全日非相干内潮能量的增强。本文的结果将有助于加深对非相干内潮的特征的认识和促进对其生成机制的了解。     

南海北部东沙岛附近的内潮和余流特征

采用东沙岛附近的一个长达9个月的锚定潜标的观测资料对南海北部的正压潮、内潮和余流情况进行了分析,得到了当地正压潮和内潮的特征。此处正压潮流以全日潮为主,秋、冬季相对较大,春季相对较小;正压余流受海盆尺度环流和地形的限制,在潜标观测期间的秋、冬、春三季基本以偏西向的正压流为主。内潮同正压潮一样,也以全日分潮为主,潮流椭圆随水深发生旋转,在110—120m附近存在内潮非常弱的一层。斜压余流在2009年2—3月比较异常,这是由于在此其间有一个中尺度涡经过。对此潜标数据采用经验正交函数分解的方法进行分析,发现海流的各个主要EOF模态与内波的垂向模态结构有一定的关联。     

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。     

1998年南海北部20天定点连续观测的内潮分析（英文）

对1998年6月南海北部20天的海流和温度定点连续观测资料进行分析,得到该海域内潮的特征及其能量分布。分析结果显示内潮的主要成分为O1,K1,M2与S2分量,其中全日内潮（O1与K1）的能量占主要部分。在观测期间,此四个分量的海流失量均为顺时针旋转,其潮流椭圆半长轴的最大值超过14cm/s。海水温度的变化显示出内潮存在准日周期振动,平均垂向振幅达到50m。观测到的内潮携带高能量且其活动存在不连续性,在观测范围内,全日内潮的动能及势能密度的最大值分别达到2kJ/m^2及3.5kJ/m^2,半日内潮的动能及势能密度的最大值分别达到1kJ/m^2及1.5kJ/m^2。     

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。     

南海北部沿岸冬季水位亚潮波动特征研究

用时间序列分析方法研究了南海北部水位亚潮波动的基本特征。结果表明南海北部冬季水位亚潮波动能量以福建南部沿岸最强,广东沿岸仅为台湾海峡南部的一半左右,但二者具有相似的谱特征。各站的功率谱峰均出现在3.2,6.4,3.6和2.3d频带。其中3.2和6.4d波动能量最强。此外,在珠江口附近还有10.7d的较弱谱峰。与东海沿岸冬季情况类似,南海北部沿岸水位波动有很高的空间相关性,说明冬季我国东南沿海的亚潮波动受某一共同机制的控制。分析还表明水位波动一致地从东北向西南传播,但在不同岸段传播特征有相当差异。     

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。     

南海北部沿岸海洋站的假潮

收集和分析了南海北部沿岸15个海洋站所在港湾发生假潮的资料，并对其中较大振幅的典型假潮个例，进行了港湾基态自然周期分析和假潮振动的频谱分析。研究发现，假潮最大振幅振动多发生在天文潮的高潮或低潮期间；根据海湾地形尺度用梅立恩（Merian）公式计算得出的海湾基态自然周期；和根据资料曲线估计得出的假潮周期，以及功率谱分析得出的周期，三者非常接近。从本文研究所得结果来看，这些海湾的较大振幅假潮多发生在春、夏季，且都和风速、风向以及气压的剧烈变化有关。这些大气扰动在春天多为冷空气南下，在夏季多为热带气旋活动。研究认为，假潮的发生很可能是大气振动通过外海表面波作为中间机制，与港湾自由态振动之间产生耦合共振的结果。     

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。     

Multimodal structure of the internal tides on the continental shelf of the northwestern South China Sea

Based on the moored current and temperature observations during the summer of 2005, the vertical structure of the internal tides on the continental shelf of the northwestern South China Sea (SCS) is studied. The vertical structure of the internal tides was found to differ greatly between semidiurnal and diurnal constituents. Generally, the diurnal constituents are dominated by the first-mode motions, which are consistent with the overwhelming first-mode signals in the northeastern SCS. In contrast, the semidiurnal internal tides, unlike the predomination of the first-mode variations in the northeastern area, exhibit a higher modal structure with dominate second-mode signals in the observational region. Moreover, although the diurnal internal tides are much stronger than the semidiurnal component, the shear caused by the latter over various scales was found to be significant compared to that induced by the diurnal tides, probably due to the superposition of the first-mode and higher-mode (smaller scale) semidiurnal variations. Further analysis demonstrates that the shear induced by the diurnal internal tides is larger than that induced by the semidiurnal variations around 45 m depth, where the first-mode current reversal in the vertical happens, while below 45 m depth higher-mode semidiurnal internal tides generally produce larger shear than that by the diurnal component. The northwest-propagating semidiurnal internal tides of higher-mode with small vertical scale, probably do not originate from a distant source like Luzon Strait, but were likely generated near the experiment site.     

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.     

Simulation of barotropic and baroclinic tides in the South China Sea

The four leading tidal constituents M2, S2, K1 and O1 in the South China Sea are simulated by using POM. The model is forced with tide-generating potential and four leading tidal constituents at the open boundary. In order to simulate more exactly, TOPEX/Poseidon altimeter data are assimilated into the model and the open boundary is optimized. The computed co-tidal charts for M2 and K1 constituents are generally consistent with previous results in this region. The numerical simulation shows that energetic internal tides are generated over the bottom topography such as the Dongsha Islands, the Xisha Islands, the Zhongsha Islands, the Nansha Islands and the Luzon Strait.     

南海北部陆坡海域内波谱特征

本文对1998年南海季风实验中定点观测的声学多普勒流速剖面仪（Acoustic Doppler Current Profiler,ADCP）海流数据进行频谱分析,结果表明南海北部地区内波之间的非线性作用的强弱影响着该海域的内波谱特征。在季节性温跃层（水深22m和58m）中,由于存在着强的非线性作用,内波带的谱斜率趋于σ^-1和σ^-2之间,而且较高能量的潮谐波频率的峰值随着频率呈现少见的一。递减。在季节性温跃层（水深130m）以下,内波非线性相互作用较弱,观测的内波带谱特征与标准Garrett-Munk内波谱相似,均显示了σ^-2的谱斜率。     

Evolution and propagation of amesoscale eddy in the northern South China Sea during winter

In situ observations,satellite data,and the output from an eddy-resolving ocean circulation model were used to study the generations and propagations of an anticyclonic eddy in the northern South China Sea (NSCS) during the winter of 2009-2010.In the NSCS,the anticyclonic eddy firstly appeared to the west of the Luzon Strait,migrated generally along the continental slope and dissipated around the Xisha Archipelago. The evolution of the warm eddy contains three phases:development,maturation,and decay.The eddy mainly stayed near 119.7°E in December and then gradually moved to 118.7°E until January 15,when its intensity,as indicated by the thermocline temperature and salinity anomalies,increased significantly,reflecting the growth of the eddy.The eddy reached its peak on January 15 and persisted until February 23. During this period,the eddy propagated westward to 116.4°E.After,the warm eddy weakened significantly and dissipated finally near the Xisha Archipelago.     

Turning depths of internal tides in the South China Sea inferred from profile data

Theoretically, propagating internal tides in the ocean may reflect at turning depths, where buoyancy frequencies equal tidal frequencies, before colliding with the air-sea interface or rugged bottom topography. Globally, the internal tide lower turning depths（ITLTDs） in the open ocean have been mapped; however, knowledge of the presence of ITLTDs in the South China Sea（SCS） is lacking. In this study, 2 125 high-quality temperature-salinity profiles（including 58 deep-sea hydrographic measurements...     

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。