南海北部内潮的三维模拟与研究

【摘要】：内潮，作为海洋中几乎处处存在的一种现象，对天文潮潮能的耗散、营养物质输运、深海海水混合以及热盐环流等起着至关重要的作用。 本文利用三维非线性、非静力近似高分辨率模式（MITgcm）对南海北部内潮进行了模拟研究，探讨了南海北部尤其是吕宋海峡内内潮的时空分布与变化特征，以及正压潮与内潮的能量转化机制，并对内潮的各个组成分潮的特征进行了分析研究，最后利用不同路径的台风风场和不同流量的黑潮流场驱动分别做了敏感性分析，并结合台风作用下的潜标数据，探讨了台风和黑潮对海峡中内潮、内孤立波的影响，得出如下主要结论： 1、吕宋海峡中恒春海脊、吕宋岛弧为南海北部内潮能量主要产生区域，两者贡献比为3:7，其中在萨布唐岛以南、加拉鄢岛以北以及富加岛以西等东海脊西坡区域存在能流散度的高值区，应为大潮期南海北部内孤立波的主要产生源地。大、小潮期间内潮主要产生区不尽相同，这意味着内孤立波源地可能随大小潮的变化而改变，但无论大、小潮巴坦群岛附近均为内孤立波主要源地。 2、大（小）潮时，正压潮在吕宋海峡共损失64（47）GW能量，其中59.0%（50.5%）转化为内潮，生成的内潮相当大一部分在海峡内耗散掉（大潮时43.2%，小潮时为54.4%），约22（11）GW内潮能量流出海峡；其中，西传入南海能流为11.2（6.0）GW，东传入太平洋为9.9（4.4）GW。西传的内潮能量约有1.6（0.9）GW会被转化内孤立波。就模态而言，小潮期比大潮期更易出现内潮的高模态；北截面比南截面更易出现内潮的高模态；南北向流速比东西向流速更易出现高模态。 3、吕宋海峡中内潮能量呈现较显著的季节性变化，于夏季最强，秋季次之，春季再次之，冬季最弱。相比冬季，夏季约有12.4%的正压潮能量被额外地转化为内潮，而传出吕宋海峡的内潮能流通量则增加了高达21.5%，其中与南海北部内孤立波关系最为密切的西传能流通量增加了15.8%，很好地解释夏季南海北部内孤立波频繁出现的现象。内潮的高模态一般更易出现在夏季，而且高模态所占比重比其他季节也要大。 4、吕宋海峡中K1和M2内潮占据主导位置，其次为O1内潮，而S2内潮则小得可以忽略；恒春海脊对M2内潮的调制作用要明显大于K1内潮，而兰屿海脊对其作用则明显弱于K1内潮；西海脊主要产生半日内潮，东海脊主要产生全日内潮。东、西向传出的内潮能量均以全日分潮占主导，但由于全日内潮主要流向西南，并且容易受到地转耗散效应的影响，故南海北部仍然主要以半日内潮为主。 5、仅使用黑潮区温、盐层结充当模式初始场就会显著增强吕宋海峡内潮的生成，这就意味着黑潮大范围入侵时，仅从热力角度考虑也会增强吕宋海峡中内潮的生成。黑潮的存在比较明显地改变了内潮的M2和K1分潮的能流通量分布，导致了内潮尤其是半日内潮西向能流通量的增加，进而增强在南海北部内孤立波出现的概率和振幅。 6、穿过吕宋海峡西北向移动的黑格比强台风显著增强向西流入南海的斜压潮的能量，明显减弱东向能量；沿吕宋海峡东侧北上的海鸥台风则削弱了东、西向传播的内潮能量。通过对南玛都台风期间的锚定潜标资料分析发现，南玛都台风显著增强了内潮西传能流通量，并促使了大振幅内孤立波的产生。