南海东北部内波的X波段雷达监测方法及数值模拟研究

【摘要】：南海东北部是内波多发区,内波引起的次表层流调制海表波高谱,在海面呈现长的准线形条带,能被遥感卫星观测到。但是,卫星受到自身运行周期的限制,还受恶劣海况影响,其获取内波信号具有偶然性;船载X波段雷达具有分辨率高的特点,能够监测到弱的内波表面信号。目前X波段雷达监测内波的工作极少,还有很多工作有待进一步研究。另外,以往数值模拟手段多用来研究内波的垂向结构变化,模拟内波表面信号的很少。 本文以研究内波表面信号为主线,分析了2009年6月中国科学院创新工程重大项目南海实测数据,利用Lamb模式和ROMS模式模拟了内波表面信号,取得了重要的学术成果,主要为: 利用Radon Transform技术从雷达的后向散射图像中求取了东沙K106站在2009年6月24日观测到的一个振幅大于100米的孤立波的相速度,考虑了海流的影响,最后计算得到该孤立子的相速度等于3.04m/s,波的传播方向大致为297°。 利用Radon Transform技术从雷达的后向散射图像中求取了一个含有3个非线性波的内波包的传播速度和传播方向。利用两层有限深混合层公式,从船载X波段雷达影像中求取了混合层深度,结果与现场实测的温度链和CTD数据对比,显示很好的一致性。 船载雷达在6月25日11时47分监测到的波包含有至少4个子波,其中最后的子波雷达表面信号最强。同时发现一个有趣的现象,第一个孤立波(24日22时43分)前部振幅达20m的内波在表面没有内波信号;而第三个孤立波(25日11时47分)前部振幅5m的内波在表面有内波信号。通过分析现场ADCP、CTD监测数据,发现背景流、混合层深度对内波表面信号的强弱有重要影响。 利用Lamb非静力模式,进行了6个数值敏感实验,发现:背景流对内波垂向结构有很大影响。随着背景流减小,非线性波变成线性波;传播速度减小;扰动混合区缩小。背景流对内波的表面信号有很大影响。用MASUG指标定量化了不同因素对内波表面信号的影响。当与内波传播同向的背景流增大,表面流梯度变大,内波表面信号会增强;混合层加深,内波的表面信号强度减弱。 利用静力版ROMS模态分裂技术的优势,考虑潮汐的影响,模拟的水位场具有明显的条纹,与SAR影像中内波条纹在时空上吻合,利用模拟的内波表面信号分别展示了起源于巴布延岛、巴坦岛的内潮波时空变化特征,并成功地模拟了“手拉手现象”。用模拟的内波表面信号获取的传播速度与以往研究成果一致。