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。     

内潮的一种分层三维数值模式

在中国近海的不少海域曾经发现相当强的内潮现象,例如赵俊生(1992)报道了渤海海峡的内潮现象, Yamashiro(1988)在东海陆坡处亦发现内潮的存在。特别是Amoco石油公司在南海陆坡处进行了一年多的海流测量,测得最大的全日潮流振幅可超过60cm/s,这里正压潮流小于10cm/s,故观测到的潮流主要与内潮有关。迄今关于内潮的数值模式大多将表面潮作为已知输入条件、从而使模式的应用受到较多限制(Jiang and Fang，1992)。Heaps(1983)曾发展了一种自由海面多层模式,但他们忽略了非线性平流项,这无疑也会损失许多有用信息。本文将叙述一种自由海面的多层模式,它能够同时模拟表面潮和内潮,并包含了非线性平流项。     

吕宋海峡M2内潮的三维数值模拟

A three-dimensional isopycnic-coordinate internal tidal model is employed to investigate the generation,propagation, vertical structure and energy conversion of M2 internal tides in the Luzon Strait(LS) with mooring observations. Simulated results, especially the tidal current amplitudes, agree well with observations,demonstrating the reasonability and accuracy of the model. Results indicate that M2 internal tides mainly propagate into three directions horizontally, i.e., eastward towards the western Pacific Ocean, westward towards the Dongsha Island and southwestward towards the South China Sea Basin. In the horizontal direction, tidal current amplitudes decrease as distance increases away from the LS; in the vertical direction, they show an obvious decreasing tendency with depth. Between the double ridges of the LS, a clockwise gyre of M2 baroclinic energy flux appears, which is caused by reflections of M2 internal tides at supercritical topographies, and resonance of M2 internal tides happens along 19.5° and 21.5°N due to the heights and separation distance of the double ridges. The total energy conversion in the LS is about 14.20 GW.     

内潮动力机制的数值研究

结合南沙群岛海域出现的内潮现象,利用一个两层数值模式,通过数值试验来探讨潮汐性质,水体的层结程度,跃层所在的深度,风应力等因子对陆架坡折处内潮特性的影响,结果表明:内潮的波动周期只与海区的潮汐性质有关,风应力,非线性效应以及正压潮源地的深度等都可改变内潮的波动振幅,内潮的波动振幅随海区的水体层结构程度及温跃层所在的深度不同而改变。     

基于数值模式的南海北部深层内潮季节变化特征分析

本文基于MITgcm非静力数值模式,采用实际地形、层结和潮流强迫,开展南海北部内潮数值模拟敏感性试验,分析夏冬两个季节南海北部深层内潮的差异。结果显示在南海北部深层,冬季K₁和M₂内潮流速振幅比夏季强10.1%和44.7%。垂向模态分析结果进一步表明,尽管南海北部深层冬季第一模态内潮动能密度比夏季低15.5%,但第二和第三模态内潮则是冬季比夏季高约25.1%和33.2%,导致冬季深层流速的垂向剪切大于夏季,表明冬季较强的高模态内潮可能是冬季南海深层强混合的一个原因。     

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...     

吕宋海峡M2内潮生成与传播数值模拟研究

本文在z坐标海洋数值模式HAMSOM中引入了内潮黏性项(Interhal-tide viscosity term),将之运用到吕宋海峡M2内潮的生成与传播过程的数值模拟研究.研究结果表明:(1)在250 m以浅,吕宋海峡产生的M2内潮振幅于温跃层处最大,岛坡附近的内潮明显强于别处,且最大振幅可达到40 m左右;(2)M2内潮的生成源主要集中在伊特巴亚岛西北、巴丹岛西南以及巴布延群岛西北的岛坡;(3)海峡产生的M2内潮向东西2个方向传播.巴丹岛以西的西向能量在吕宋海沟斜向下传播,在到达恒春海脊附近发生反射返回海面,到达海面后再次反射回海底,在此过程中,有高模态的内潮被激发,不同模态间有相消干涉的现象产生.西传的内潮能量分为2支进入南海,产生于巴布延群岛西北的能量分支直接向西南折转进入南海海盆,而产生于伊特巴亚岛和巴丹岛岛坡附近的主要能量则以束状向南海陆架传播,在到达118°E后部分能量折向西南的海盆,其余的能量则沿西北方向传入中国近岸,陆架陆坡地形起着重要的耗散作用.伊特巴亚岛西北有最大的能量产生,向东北传入太平洋.在122°E以东,能量主要以束状向东南传入太平洋.     

考虑内潮耗散的南海M_2分潮伴随同化数值模拟

建立南海潮波模式及其伴随同化模式,在传统二维潮波方程的基础上加入了内潮耗散项,考虑了内潮耗散对南海潮波系统的影响,在前人工作基础上,改进了内潮耗散参数化方案,并给出内潮耗散项中地形效应参数的计算公式;通过对比,本文的参数化方案比前人参数化方案能取得更为合理的模拟结果。以63个验潮站和24个TOPEX/Poseidon卫星高度计轨道交叉点处的调和常数作为观测值,利用伴随同化方法来优化模式中的底摩擦系数和内潮耗散系数。为了寻求最优的优化方案,设计了7组数值实验。实验结果表明,实验7先优化内潮耗散系数再优化底摩擦系数的模拟结果最优。利用实验7的模拟结果分析了南海M2分潮的潮波特征,与前人结果基本一致。     

黑潮对吕宋海峡全日内潮生成与传播影响的数值模拟研究

基于一套环流-潮汐耦合模型的模拟结果,本文探究并比较了2015—2016年的三种黑潮形态下,吕宋海峡全日内潮以及全日非相干内潮生成与传播的空间分布特征。结果表明,当黑潮以流套形态流经吕宋海峡时,全日内潮非相干性最强,具体表现为全日非相干内潮能量生成最大,全日内潮的传播速度变化率最大。由于传播速度的变化会改变全日内潮的位相,进而会影响全日内潮的非相干性,导致在吕宋海峡内全日内潮的非相干性最强。本研究结果对理解黑潮背景动力过程下吕宋海峡内潮的时空变化有重要意义。     

内潮动力机制的数值研究

结合南沙群岛海域出现的内潮现象 ,利用一个两层数值模式 ,通过数值试验来探讨潮汐性质、水体的层结程度、跃层所在的深度、风应力等因子对陆架坡折处内潮特性的影响 ,结果表明 :内潮的波动周期只与海区的潮汐性质有关 ;风应力、非线性效应以及正压潮源地的深度等都可改变内潮的波动振幅 ;内潮的波动振幅随海区的水体层结程度及温跃层所在的深度不同而改变     

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分潮为策动期波，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，东沙群岛东面斜坡次之，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。     

赤潮生态动力学模型初探

我国有害赤潮的发生呈明显上升趋势，其发生频率趋高，持续时间增长、范围变广、危害扩大、赤潮类型呈多样化。赤潮发生受各种自然环境因素，水文、气象、地形地貌以及水体本身物理、化学、生物特性的影响，各影响因子之间又有密切的相互联系，相互制约关系，研究需要涉及多种学科。为了对赤潮问题做更深入的研究，必须借助动力学方法综合考虑各种过程以便从整体上探讨赤潮发生、发展的规律。因此，人们开始研究建立赤潮生态系统动力学模型。目前，赤潮数值模拟研究刚刚起步，要对赤潮进行有效的预测预报，必须将河口海湾水流运动和水体理化参数变化规律的精确描述和模拟结合起来，不仅模拟水生生物生存环境因子，而且还模拟生物本身的生消过程。     

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。     

吐噶喇海峡内潮的能量收支和大小潮变化

吐噶喇海峡是西北太平洋重要的内潮产生区域,该区域内产生的内潮对于东海陆架和西北太平洋的混合和物质输运有十分重要的作用。水平分辨率为3km的JCOPE-T(JapanCoastalOcean PredictabilityExperiment—Tides)水动力学模式的结果表明,吐噶喇海峡的内潮主要产生在地形变化剧烈的海山和海岛附近,其引起的等密面起伏振幅可达30m。吐噶喇海峡的内潮在垂直于等深线方向分为两支向外传播:一支向西北方向传播,进入东海陆架后迅速减小;另一支向东南方向传播,进入西北太平洋。吐噶喇海峡潮能丰富,其在约半个月内的平均输入的净正压潮能通量为13.92GW,其中约有3.73GW转化为内潮能量。生成的内潮能量有77.2%在当地耗散,传出的内潮能通量为0.84GW,主要通过西北和东南两个边界传出。该区域潮能通量有显著的大小潮变化,大潮期间输入的正压潮净能通量和产生的内潮能通量均约为小潮期间的2倍,但其主要产生区域基本不变,且内潮能量耗散比率均在产生的内潮通量的76%—79%。另外,内潮能通量的传播方向也没有发生变化,仍主要通过西北和东南两个边界传出。因此,大小潮的变化仅影响吐噶喇海峡处产生的内潮能量的大小,不影响其产生区域、传播方向和耗散比率。     

陆架陆坡潮成内波的二维三层模式

通过构造一三层模式，研究了在强跃层存在情形下内潮的生成与传播特性。研究表明内潮显著依赖于层化结构（层化强弱、各层厚度）。内潮存在可观的斜压余流，陆架上可达８ｃｍ／ｓ。此外，在陆架坡折区，第二模态不可忽略。     

A NUMERICAL MODEL FOR THE TIDES AND TIDAL CURRENTS IN THE TAIWAN STRAIT

Semidiurnal and diurnal tidal waves in the Taiwan Strait are computed simultaneously by using finite difference method with two-dimensional nonlinear hydrodynamic equations. The agreement between the computed and observed results is considered satisfactory.     

大鹏湾的赤潮生态仿真模型

通过海洋动力学和赤潮生物动力学相结合的方法，建立了一个赤潮发生的仿真模型。模型包括水动力、扩用和生物动力学三部分，综合考虑了潮流、营养物质等环境要素的时空变化对赤潮过程的影响，并以大鹏湾夜光藻赤潮为例进行了数值模拟。模型再现了赤潮发生前海水中营养物质的浓度一次明显的增高，而在赤潮发育盛期营养物质降至低谷的现象并反映了赤潮物质容易在海湾的角落等水交换不畅的地域聚集的情况。     

南海北部不同涡旋对内潮的影响

南海北部吕宋海峡是内潮最为活跃的区域之一,且涡旋种类繁多,不同特性的涡旋对内潮的影响不同。基于近岸与区域海洋共同模式(coastal and regional ocean community model,CROCO),模拟探究理想涡旋存在时,涡旋位置、极性、峰值流速和半径对内潮的影响。结果表明:涡旋位置是影响内潮的直接因素,位于涡旋区域内的内潮是主要影响对象,涡旋中心以西内潮方向变化的角度是以东的3倍。气旋涡和反气旋涡分别使潮能通量的方向向南和向北偏转,最大偏转角度超过12°,当涡旋所致背景流与内潮传播方向一致时,内潮群速度增强,反之减弱。涡旋对内潮的影响范围和幅度随着涡旋的半径和峰值流速的增大而变大。当涡旋峰值速度变大时,反气旋涡心以北的潮能通量增长量超过15 kW/m。当涡旋半径增大时,涡旋峰值速度的位置发生变化,涡旋的峰值流速和半径共同影响潮能通量水平分布结构,使其呈现纬向单峰或多峰结构。