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南黄海非线性内波的数值模拟研究

于万春  
【摘要】:黄海是一个具有特殊性质的浅海海域,夏季具有很强的温跃层。现场观测和SAR遥感研究结果表明,该海域存在强盛的半日和全日内潮,在该海域的西部和北部内潮的特性基本上是线性的或弱非线性的,但是在该海域的东南部存在强非线性的孤立波,内潮发生显著的非线性的裂变。本文根据南黄海的特殊地形,沿着假想的直壁渠道建立了连续层化海洋的内Kelvin波模型,并且使用一般化的Korteweg-de Vries (GKdV)方程对黄海南部海域内潮波的非线性演变过程进行了模拟。 黄海内潮波具有较显著的内Kelvin波性质,并且在南黄海其非线性演变过程是产生内孤立波的重要机理之一。在南黄海沿着假想的直壁渠道使用连续层化海洋的内Kelvin波模型,并依据若干历史观测结果,我们对半日和全日内潮波进行了初步的数值模拟。对于第一模态内潮波的铅直位移ζ和水平速度u的铅直分布,以及水平速度u的铅直剪切的铅直分布,均获得有意义的结果。 在假想直壁渠道的内Kelvin波模型基础上,基于连续分层海洋模型,使用GKdV方程在由正压潮流(区分正压落潮流与涨潮流的不同作用)和斜压环流构成背景流场的情况下,考虑第一模态半日内潮波分别从A站位(34°4'N,125°6'E)和B站位(36°34,N,123°51'E)向西、西南和西北方向的反射和非线性演变过程。模拟结果表明:在宽阔陆架海域,在内潮波和内孤立波的传播过程中背景流场的作用是十分重要的,并且区分背景正压落潮流与涨潮流的不同作用是必须的,这是GKdV模型的明显优势;南黄海的内孤立波集中分布于南黄海的南部,而在其北部极少出现内孤立波的主要原因是在南黄海的南部存在较强的背景斜压环流和很强的背景正压潮流,而且在涨潮时段(相对于Korea半岛的西海岸而言)背景斜压环流和背景正压潮流的方向基本相同,而在南黄海的北部这两种背景流都很弱;在内潮波和内孤立波的传播过程中,非线性系数α与水深变化,层化状态以及背景流场等多种因子相关,并非仅仅取决于内波振幅的大小;另外,由于出现高达0.75m/s的正压潮流,自A站位向西北方向传播的半日内潮波处于不稳定状态。


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