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《中国海洋大学》 2012年
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中国海内潮波和内孤立波破碎与混合的若干问题的机理研究

司宗尚  
【摘要】:中国具有广阔的陆架海域,并且内潮波与内孤立波频繁出现。研究内潮波与内孤立波的非线性演变过程以及破碎与混合过程具有重要的意义。 本文首先对黄海内潮波的非线性演变过程进行了数值模拟,所使用的数学物理模型是适用于连续分层海洋的一般化的KdV模型(简称之为GKdV)。研究表明,内潮波和内孤立波在其传播及非线性演变的过程中,背景流场的作用是不可忽视的,并且背景正压涨潮流与落潮流的作用是不同的。影响GKdV模型中的非线性系数α的因素有很多,如水深,层化结构,背景流场等。在南黄海的南部,背景正压潮流与背景环流相对来说比较强,甚至出现了超过内孤立波速度的情况,此时内潮波的传播处于一种不稳定状态。在涨潮期间(相对于朝鲜半岛的西海岸来说)背景正压潮流与背景环流的方向一致,从而使得计算出GKdV模型中的非线性系数α的绝对值比较大,导致内潮波在传播过程中容易发生非线性裂变;在南黄海的北部,背景正压潮流与环流相对来说比较弱,因此内潮波不会发生明显的非线性裂变,故在南黄海北部内潮波在传播过程中并没有形成内孤立波。因此才会出现南黄海的内孤立波主要分布于南黄海的南部的现象。 在上述工作的基础上,对南黄海的内潮波和内孤立波在传播过程中引起的垂向湍流混合进行参数化研究。在南黄海由内波所致的垂向湍流混合主要集中在水体的上层(大约30m以上深度)。实际上,在内波第一模态最大值以上的深度,内潮波与内孤立波的流速剪切值很大,并且所造成的垂向湍流混合也很强,而在该深度以下水层中内潮波与内孤立波的流速剪切值很小,并且所造成的垂向湍流混合也很弱。该发现成功地解释了在存在强内波和强混合的条件下,为何黄海冷水团能够长期保持的现象。另外,内孤立波引起的垂向湍流混合强于内潮波引起的垂向湍流混合。对于内孤立波来说,垂向湍流黏性系数υ和垂向湍流扩散系数κ的极值交替出现,这与内孤立波的波峰相互对应。 利用两层流体模型对合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar)SAR图像中内波的振幅进行了反演。在SAR图像中选取合适的断面,并对其进行反演,得了不同断面对应的内波的振幅。反演结果表明,内波的振幅大小与SAR图像中的相对灰度值的强弱基本一致。从图像上明显可以看出上凸型和下凹型两种内孤立波,这两种类型的内孤立波振幅的反演值与观测值比较相符,但仍存在着偏小的缺陷。进而结合中科院海洋所在文昌海域的观测结果,以及Vlasenko和Hutter(2002)提出的内孤立波近岸破碎判据,对海南岛东部海域的内孤立波破碎问题进行了研究,并分析了内孤立波破碎对海南岛东部上升流形成的所造成的影响。发现在海南岛东部内孤立波演变为向两个方向传播的两组内孤立波,它们在海南岛东岸和琼州海峡东口由于运动不稳定发生破碎,该破碎产物为深层内部冲击水。这种内部冲击水将外海底层的冷水带向近岸,对海南岛东部上升流的形成必然有着重要的作用。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:P731.2

【参考文献】
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