南海内孤立波的空间分布与时间变化特征研究

【摘要】：内孤立波是南海北部重要的动力过程，其周期短、振幅大、流速强，对海洋内部垂向混合、物质输运和声传播有重要影响。它由天文潮流经吕宋海峡突变地形时产生，向南海内部传播，经过深水区，最终在陆架区破碎消失，传播距离超过600千米。吕宋海峡处的混合天文潮流、独特地形和复杂海洋背景场使内孤立波研究存在很多亟待解决的科学问题，其生成、传播机制及变化特征尚不确定。本文基于连续两年的潜标观测数据，结合数值模拟和卫星观测结果，对南海内孤立波的空间演变过程和时间变化规律开展了较为系统的研究，并对其生成过程和机制进行了探讨。 基于沿内孤立波传播路径的同步观测，研究了其传播演变过程。结果表明，在由吕宋海峡向南海的传播过程中，A波开始显现的位置一般为吕宋海峡西侧；而B波的显现位置可以分为陆坡区附近和吕宋海峡西侧两种情形。在传播过程中，通常情况下内孤立波的流速逐渐变强、振幅逐渐增大、波型逐渐变陡；但本文发现，当强西向背景流存在时，内孤立波的强度出现了减弱。内孤立波的传播速度受很多因素的影响，分析发现它们的重要性依次为：水深变化〉强背景流〉层结变化2内孤立波振幅。南海内孤立波经常表现为波列的形式，即数个孤立子按照振幅由大到小依次出现，在传播过程中它们的出现时间间隔逐渐增大。 根据观测期间内孤立波的到达时间和强度，利用生成源地附近的潜标观测结果，分析了其发生规律和时间变化特征。南海内孤立波在农历初一至初八、十五至二十二较为活跃；夏季的出现频率最高为1.19次/天、冬季最低为0.64次/天；由于地转作用的存在，内孤立波的发生主要对应于源地半日天文潮较强的时期。但本文也发现，全日潮显著地调制了内孤立波的生成：当源地半日潮和全日潮均较强时，A波较强、B波相对较弱；当源地半日潮较强、全日潮较弱时，A波和B波均较强。连续两年的现场观测表明，内孤立波的发生次数和强度在冬季均较弱，同时存在着明显的年变化。 基于潜标观测结果，结合数值模式，探讨了内孤立波的生成过程和机制。结果表明，当源地半日潮和全日潮均较强时，A波产生于东向潮流最大时刻，是由海山西侧处的上升波动背部分裂演变得到，为内潮释放机制；B波产生于西向潮流最大时刻，由内潮在传播过程中变陡形成的，为内潮生成机制。当源地半日潮较强而全日潮较弱时，A波和B波均产生于东向潮流最大时刻，均由海山西侧处的上升波动背部分裂演变得到。单变量数值试验结果显示，随着源地附近的温跃层强度增加，内孤立波的振幅变大、波型变窄、分裂更为充分；而当混合层深度加深时，内孤立波的强度略有增加。对观测到的一个深水区第二模态内孤立波进行了分析，发现当其经过时，上层水体向上运动、下层水体向下运动，数值模拟结果进一步表明，其是由大振幅第一模态内孤立波经过吕宋海峡西侧海山时形成的。