內(nèi)潮生成機(jī)制以及呂宋海峽周邊海域內(nèi)潮的季節(jié)變化研究.pdf

1、正壓潮在地形上傳播生成內(nèi)潮以及內(nèi)潮的演變過(guò)程與地形、層化和潮流息息相關(guān)。為此，本文對(duì)地形、層化和正壓潮對(duì)內(nèi)潮的影響進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上，還研究了呂宋海峽和南海陸架陸坡的內(nèi)潮的季節(jié)變化和海水混合的關(guān)系。
　　首先解析結(jié)果表明弱地形（本文中只研究了正弦地形）下，當(dāng)?shù)匦尾〝?shù)和某一斜壓模態(tài)的水平波數(shù)相同時(shí)，會(huì)發(fā)生潮地共振，地形上產(chǎn)生的共振內(nèi)潮的振幅的最小值從地形中間一直增長(zhǎng)到地形兩側(cè)，而最大值在地形上保持不變。在地形左側(cè)的共振斜壓模態(tài)的

2、振幅隨著地形長(zhǎng)度的增加而增加，而非共振模態(tài)的振幅非常微弱，隨著地形長(zhǎng)度的增加有周期的變化，即當(dāng)?shù)匦伍L(zhǎng)度是第一模態(tài)波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，振幅為零。數(shù)值模擬結(jié)果表明，共振模態(tài)的內(nèi)潮隨著地形長(zhǎng)度的增加，擾動(dòng)壓強(qiáng)的位相與正弦地形的位相逐漸吻合，地形上的轉(zhuǎn)化率一直為正值，從而共振模態(tài)一直從正壓潮和地形的相互作用中獲取能量，因而轉(zhuǎn)化率會(huì)隨著地形長(zhǎng)度的增加而增加；非共振模態(tài)隨著地形的增加，擾動(dòng)壓強(qiáng)的位相逐漸變得不規(guī)則，地形中部的轉(zhuǎn)化率接近零，在某些位置轉(zhuǎn)化

3、率還出現(xiàn)負(fù)值，因而內(nèi)潮不能從潮地作用中獲取能量。
　　內(nèi)潮的模態(tài)結(jié)構(gòu)不僅取決于生成過(guò)程，還受傳播過(guò)程中內(nèi)潮和地形的相互作用的影響。數(shù)值實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明正壓潮和正弦地形作用產(chǎn)生的內(nèi)潮模態(tài)的形成一方面來(lái)自共振（正壓能轉(zhuǎn)化為斜壓能），另一方面來(lái)自散射（斜壓模態(tài)之間的轉(zhuǎn)化）。研究還表明，內(nèi)潮和地形作用，不僅會(huì)產(chǎn)生散射，而且還會(huì)產(chǎn)生共振，這兩者都可以導(dǎo)致內(nèi)潮能量的模態(tài)轉(zhuǎn)化。另外，當(dāng)?shù)匦魏蛯踊瘲l件不滿足散射和共振條件時(shí),內(nèi)潮和地形相互作用就不會(huì)

4、產(chǎn)生模態(tài)的轉(zhuǎn)換。
　　其次，在高斯地形中，隨著地形高度增加和地形變窄，地形周圍的斜壓流場(chǎng)從低模態(tài)結(jié)構(gòu)變?yōu)椴ㄉ渚€結(jié)構(gòu)。在低矮的高斯地形中，隨著正壓潮流的增大，斜壓流場(chǎng)結(jié)構(gòu)基本不變，在高窄的地形中，隨著正壓流速的增大，非線性增強(qiáng)，斜壓流場(chǎng)變得混亂。當(dāng)存在東西兩個(gè)高斯地形且正壓潮流較強(qiáng)時(shí)，西側(cè)的地形有利于加強(qiáng)向西傳播的內(nèi)孤立波。
　　實(shí)際地形的二維數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)研究了南海北部21°N斷面的K1和M2內(nèi)潮生成、傳播和相互作用的季節(jié)變化

5、特征。結(jié)果表明呂宋海峽和南海北部陸架、陸坡區(qū)生成的M2和K1內(nèi)潮夏季大于冬季。對(duì)于K1內(nèi)潮來(lái)說(shuō)，南海北部陸坡區(qū)和呂宋海峽西部海山大部分為超臨界地形，因此，生成的部分 K1內(nèi)潮會(huì)在這些地形處反射回南海深水海盆，它們被捕陷在海盆內(nèi)，形成駐波或者部分駐波。與K1內(nèi)潮不同，對(duì)于M2內(nèi)潮來(lái)說(shuō)，南海北部陸架、陸坡區(qū)大部分為亞臨界地形，因此，從呂宋海峽傳來(lái)的絕大部分的M2內(nèi)潮一直沿陸坡傳向陸架；南海北部陸架、陸坡生成的少量M2內(nèi)潮也有一部分會(huì)向東傳播

6、，并可能會(huì)與呂宋海峽傳來(lái)的內(nèi)潮在海盆中輻聚，形成少量的部分駐波。夏季，被捕陷在海盆內(nèi)的K1內(nèi)潮的部分駐波以第二、三模態(tài)為主，高模態(tài)（第五模態(tài)以上）的K1內(nèi)潮的能量密度在海盆中占15％～20％，而冬季部分駐波以第一、三模態(tài)為主，高模態(tài)的K1內(nèi)潮的能量密度在海盆中占20％～40％。K1內(nèi)潮的駐波分布情況和K1內(nèi)潮在陸坡處的反射有關(guān)，而內(nèi)潮反射與各模態(tài)的位相有關(guān)，夏季第一、二模態(tài)的K1內(nèi)潮的位相差比冬季接近同相，故冬季K1內(nèi)潮的反射率大。K1

7、內(nèi)潮的輻聚和高模態(tài) K1內(nèi)潮都將導(dǎo)致垂向形成高剪切，而冬季海盆中的高模態(tài)能量所占比例遠(yuǎn)大于夏季，這意味著冬季內(nèi)潮引起的南海深層混合強(qiáng)于夏季。
　　三維數(shù)值模擬結(jié)果表明呂宋海峽是南海內(nèi)潮的主要生成源地，90％以上的K1和M2內(nèi)潮都生成于呂宋海峽。其中，西側(cè)海脊是M2內(nèi)潮最大的生成源地，而東側(cè)海脊中部則是 K1內(nèi)潮最大的生成源地。K1和M2內(nèi)潮的生成的季節(jié)變化是海水層化的季節(jié)變化和地形作用共同影響的結(jié)果。在發(fā)生內(nèi)潮共振的地形處，當(dāng)層化

8、的改變有利于共振的發(fā)生時(shí)，內(nèi)潮轉(zhuǎn)化率就會(huì)比較大，反之，若層化的變化削弱共振，即使層化是增強(qiáng)的，內(nèi)潮轉(zhuǎn)化率也不一定增加。
　　呂宋海峽還是內(nèi)潮的主要耗散區(qū)，33％左右的生成的K1內(nèi)潮和50％以上的生成的M2內(nèi)潮在呂宋海峽局地耗散。M2正壓潮傳入南海后其中一個(gè)分支向東北傳播與臺(tái)灣西南的陸架陸坡發(fā)生作用，故臺(tái)灣西南部的陸架陸坡處也有比較明顯的M2內(nèi)潮的生成和耗散?？傮w說(shuō)來(lái)，在研究海區(qū)中，冬季K1和M2內(nèi)潮的生成和耗散都強(qiáng)于夏季。