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南海西北部内孤立波的数值模拟研究

李德磊  
【摘要】:近年来,卫星图像在南海西北部观测到内孤立波的存在。根据卫星图像中内孤立波波锋线的走向推断,南海西北部内孤立波可能是由于当地的潮地作用产生的。为了证实此种假设,我们采用完全非线性非静力平衡的MITgcm模式对南海西北部内孤立波进行了数值模拟研究。 首先进行了简化地形条件下的M2分潮驱动的二维模拟研究,探讨了南海西北部内孤立波的产生过程及其机制。模拟结果表明当该区域海槛之上潮流由退潮转换为涨潮时产生了向西传的内孤立波,而当涨潮转换为退潮时产生了向东传的内孤立波;通过对Froude数及地形坡度参数的分析表明内孤立波的产生机制是山后波混合机制。在简化的二维地形中有三个相邻海槛,自西向东分别记为海槛a、b、c,通过地形敏感性试验表明,海槛西侧的内孤立波产生于海槛b和c,而海槛a加强了内波的非线性性质,促进了内波高模态的产生;海槛东侧的内孤立波仅产生于海槛c。此外,通过分析内孤立波温度场结构表明,在海槛附近的内波存在多模态叠加的现象,而在远离海槛的区域为成熟发展的第一模态及第二模态内孤立波。不同分潮驱动的模拟实验表明,此区域的内孤立波是由半日M2分潮引起的,K1和M2分潮在海槛附近的非线性相互作用对内孤立波的产生没有本质的影响,K1分潮单独也不能驱动产生大振幅内孤立波。通过其他若干敏感性实验,进一步分析了潮流驱动强度、海水分层、网格分辨率以及模式的非静力近似对内孤立波产生的影响。 在二维模拟的基础上进行了三维模拟研究。结果表明,中沙群岛边缘处地形坡度大的区域为内波的产生源区,多模态叠加内波在此区域产生后分别向西北向和东南向传播,传播的过程中波动振幅、波长、传播方向以及波锋线长度等发生变化,逐渐转变为第一模态为主的内波。另外,选取了三维地形的四个断面地形进行了内孤立波的二维数值模拟实验并将二维和三维模拟进行对比,结果表明地形的三维性导致波动场的能量再分布,影响内波的产生及演变过程。


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