內(nèi)潮生成機制以及呂宋海峽周邊海域內(nèi)潮的季節(jié)變化研究.pdf

1、正壓潮在地形上傳播生成內(nèi)潮以及內(nèi)潮的演變過程與地形、層化和潮流息息相關。為此，本文對地形、層化和正壓潮對內(nèi)潮的影響進行了分析。在此基礎上，還研究了呂宋海峽和南海陸架陸坡的內(nèi)潮的季節(jié)變化和海水混合的關系。
　　首先解析結果表明弱地形（本文中只研究了正弦地形）下，當?shù)匦尾〝?shù)和某一斜壓模態(tài)的水平波數(shù)相同時，會發(fā)生潮地共振，地形上產(chǎn)生的共振內(nèi)潮的振幅的最小值從地形中間一直增長到地形兩側，而最大值在地形上保持不變。在地形左側的共振斜壓模態(tài)的

2、振幅隨著地形長度的增加而增加，而非共振模態(tài)的振幅非常微弱，隨著地形長度的增加有周期的變化，即當?shù)匦伍L度是第一模態(tài)波長的整數(shù)倍時，振幅為零。數(shù)值模擬結果表明，共振模態(tài)的內(nèi)潮隨著地形長度的增加，擾動壓強的位相與正弦地形的位相逐漸吻合，地形上的轉化率一直為正值，從而共振模態(tài)一直從正壓潮和地形的相互作用中獲取能量，因而轉化率會隨著地形長度的增加而增加；非共振模態(tài)隨著地形的增加，擾動壓強的位相逐漸變得不規(guī)則，地形中部的轉化率接近零，在某些位置轉化

3、率還出現(xiàn)負值，因而內(nèi)潮不能從潮地作用中獲取能量。
　　內(nèi)潮的模態(tài)結構不僅取決于生成過程，還受傳播過程中內(nèi)潮和地形的相互作用的影響。數(shù)值實驗的結果表明正壓潮和正弦地形作用產(chǎn)生的內(nèi)潮模態(tài)的形成一方面來自共振（正壓能轉化為斜壓能），另一方面來自散射（斜壓模態(tài)之間的轉化）。研究還表明，內(nèi)潮和地形作用，不僅會產(chǎn)生散射，而且還會產(chǎn)生共振，這兩者都可以導致內(nèi)潮能量的模態(tài)轉化。另外，當?shù)匦魏蛯踊瘲l件不滿足散射和共振條件時,內(nèi)潮和地形相互作用就不會

4、產(chǎn)生模態(tài)的轉換。
　　其次，在高斯地形中，隨著地形高度增加和地形變窄，地形周圍的斜壓流場從低模態(tài)結構變?yōu)椴ㄉ渚€結構。在低矮的高斯地形中，隨著正壓潮流的增大，斜壓流場結構基本不變，在高窄的地形中，隨著正壓流速的增大，非線性增強，斜壓流場變得混亂。當存在東西兩個高斯地形且正壓潮流較強時，西側的地形有利于加強向西傳播的內(nèi)孤立波。
　　實際地形的二維數(shù)值模擬實驗研究了南海北部21°N斷面的K1和M2內(nèi)潮生成、傳播和相互作用的季節(jié)變化

5、特征。結果表明呂宋海峽和南海北部陸架、陸坡區(qū)生成的M2和K1內(nèi)潮夏季大于冬季。對于K1內(nèi)潮來說，南海北部陸坡區(qū)和呂宋海峽西部海山大部分為超臨界地形，因此，生成的部分 K1內(nèi)潮會在這些地形處反射回南海深水海盆，它們被捕陷在海盆內(nèi)，形成駐波或者部分駐波。與K1內(nèi)潮不同，對于M2內(nèi)潮來說，南海北部陸架、陸坡區(qū)大部分為亞臨界地形，因此，從呂宋海峽傳來的絕大部分的M2內(nèi)潮一直沿陸坡傳向陸架；南海北部陸架、陸坡生成的少量M2內(nèi)潮也有一部分會向東傳播

6、，并可能會與呂宋海峽傳來的內(nèi)潮在海盆中輻聚，形成少量的部分駐波。夏季，被捕陷在海盆內(nèi)的K1內(nèi)潮的部分駐波以第二、三模態(tài)為主，高模態(tài)（第五模態(tài)以上）的K1內(nèi)潮的能量密度在海盆中占15％～20％，而冬季部分駐波以第一、三模態(tài)為主，高模態(tài)的K1內(nèi)潮的能量密度在海盆中占20％～40％。K1內(nèi)潮的駐波分布情況和K1內(nèi)潮在陸坡處的反射有關，而內(nèi)潮反射與各模態(tài)的位相有關，夏季第一、二模態(tài)的K1內(nèi)潮的位相差比冬季接近同相，故冬季K1內(nèi)潮的反射率大。K1

7、內(nèi)潮的輻聚和高模態(tài) K1內(nèi)潮都將導致垂向形成高剪切，而冬季海盆中的高模態(tài)能量所占比例遠大于夏季，這意味著冬季內(nèi)潮引起的南海深層混合強于夏季。
　　三維數(shù)值模擬結果表明呂宋海峽是南海內(nèi)潮的主要生成源地，90％以上的K1和M2內(nèi)潮都生成于呂宋海峽。其中，西側海脊是M2內(nèi)潮最大的生成源地，而東側海脊中部則是 K1內(nèi)潮最大的生成源地。K1和M2內(nèi)潮的生成的季節(jié)變化是海水層化的季節(jié)變化和地形作用共同影響的結果。在發(fā)生內(nèi)潮共振的地形處，當層化

8、的改變有利于共振的發(fā)生時，內(nèi)潮轉化率就會比較大，反之，若層化的變化削弱共振，即使層化是增強的，內(nèi)潮轉化率也不一定增加。
　　呂宋海峽還是內(nèi)潮的主要耗散區(qū)，33％左右的生成的K1內(nèi)潮和50％以上的生成的M2內(nèi)潮在呂宋海峽局地耗散。M2正壓潮傳入南海后其中一個分支向東北傳播與臺灣西南的陸架陸坡發(fā)生作用，故臺灣西南部的陸架陸坡處也有比較明顯的M2內(nèi)潮的生成和耗散。總體說來，在研究海區(qū)中，冬季K1和M2內(nèi)潮的生成和耗散都強于夏季。