吕宋海峡内潮数值模拟研究

摘要

内潮是一种弱非线性且具有天文潮周期的海洋内波,对研究深水混合和营养物质输运等具有重要的作用。本文利用三维非线性的MITgcm模式对吕宋海峡及其附近海域的内潮进行研究,探讨吕宋海峡内潮的生成、传播以及时空分布的特征,分析了内潮在大、小潮期间和不同季节中的变化,最后探讨了海底地形对研究海域内潮的影响。
　　吕宋海峡岛坡附近的内潮强度明显大于南海内部和西太平洋内的内潮强度,夏季最大振幅可达到40m左右。产生于吕宋海峡的内潮向东、西两个方向分别传入西太平洋(4.7GW)和南海(7.7GW),并在传播的过程中振幅变小,周期变长。传入南海的内潮具有半日潮的性质,而传入太平洋的内潮具有全日潮的性质。
　　传入南海的内潮能流分为两支,其中一支生成于伊特巴亚岛和巴丹岛岛坡附近,进入南海后向西北方向传播,传播至东沙群岛附近的大陆架后逐渐衰减、耗散;另一支产生于巴布延群岛西北,进入南海后向西南方向折转进入南海海盆,并沿着大陆坡向南海中部传播。向东传播的内潮能流,离开吕宋海峡后向东北方向传播且耗散明显,在过了124°E以后转向东南方向。通过断面分析发现,夏季大潮期第一模态的内潮能流传向南海的速度约为3.5m/s,传向太平洋的约为4.0m/s;同时还有第二模态内潮能流在吕宋海峡生成并传入南海,速度约为1.2m/s。内潮能流在传至陆架区时速度明显减弱并迅速衰减。
　　吕宋海峡是内潮的主要生成区,但也是内潮能量的主要耗散区。正压潮向内潮转化和内潮向正压潮转化在吕宋海峡内同时存在,正压潮在海底地形的作用下不断产生内潮,其中一部分新产生的内潮不会传播很远,就会再次转化为正压潮。在南海北部陆坡处,也发生内潮向正压潮的转换。
　　吕宋海峡生成的内潮能量M2分潮最强,K1分潮次之。半日分潮主要生成于巴坦群岛附近和恒春海脊中部,在传播过程中衰减迅速;全日分潮主要生成与巴布延群岛西北及兰屿海脊北部,传播持续性较强。大、小潮期间内潮能量差异明显,小潮期的内潮能通量相比于大潮期明显变弱,并且西向内潮能流主要传向南海的中部和北部,西南向的内潮能流变得较弱。小潮期传入南海的内潮能量为5.5GW,比大潮期小28.6％;传入西太平洋的内潮能量为4.2GW,比大潮期小10%。大小潮的变化对流入南海的内潮影响较大,而对流向西太平洋的内潮影响相对较小。大、小潮期间传入南海和西太平洋的内潮周期也不相同。
　　吕宋海峡中内潮能量呈现较显著的季节性变化。传入南海的能量,春季和夏季相近且较小,秋季和冬季相同且较大,比夏季高出27.2%;传入太平洋的能量,秋季最大,比夏季高出达55.3%,春季和冬季相同,比夏季高出21%。造成内潮季节性变化的主要原因是不同季节中潮流驱动的不同,而层结的变化对研究海域内潮的影响较小。
　　吕宋海峡两个海脊对内潮的生成起到至关重要的作用。东海脊是吕宋海峡内潮生成的最主要因素,西海脊对内潮也有重要影响,且对西南向传播的内潮起主导作用。东、西两海脊高度不同的南北差异,是影响内潮能通量在吕宋海峡南北分布不同的重要因素。东海脊南部巴布延群岛西北、巴坦群岛西部同时是M2和K1内潮的主要生成源;东海脊对西海脊北部生成的东南方向M2和K1内潮起到抑制作用;传向南海海盆的内潮主要是东海脊产生的全日分潮在经过西海脊时受地形的作用,一部分转向西南而形成。

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1 引言

1.1 吕宋海峡简介

1.2 海洋内潮

1.3 研究内潮的意义

1.4 南海及吕宋海峡内潮研究现状

1.5 论文的主要工作

2 MITgcm模式介绍及模式设置

2.1 MITgcm模式简介

2.2 模拟区域及初始场设置

3 模式结果验证与分析

3.1 模式结果验证

3.2 模式结果的垂向结构分析

3.3 小结

4 内潮能通量的计算与分析

4.1 内潮能通量的计算方法

4.2 内潮能通量计算结果分析

4.3 正压潮转换率及内潮耗散

4.4 四个主要分潮的特征分析

4.5 小结

5 内潮的大小潮变化和季节变化

5.1 内潮能通量的大小潮对比

5.2 内潮能通量的季节变化

5.3 小结

6 海底地形对吕宋海峡内潮的影响

6.1 吕宋海峡两海脊的存在对内潮的影响

6.2 吕宋海峡两海脊南北高度变化对内潮的影响

6.3 吕宋海峡两海脊对M2内潮和K1内潮的影响

6.4 小结

7 结论和展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

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