南海内潮的结构与变化

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内潮,具有天文潮频率的内波,是海洋内部普遍存在的现象。内潮的产生主要是由于在层结海水中,正压潮流和复杂地形的相互作用。内潮产生之后,高模态内潮可以在局地直接耗散,低模态内潮可以携带50-95%的内潮总能量,传播数千公里距离(Alford and Zhao,2007)。在这个长距离的传播过程中,低模态的内潮能将其能量转移到可以直接耗散的小尺度内波上,从而为海洋混合提供能量来源。因此,全面理解内潮的结构、演变特征及能量耗散,对理解内潮在海洋混合及海洋环流方面所起的作用具有重要意义。本文通过分析布放在南海海域内的多套潜标资料以及一些卫星观测资料,研究南海不同海区内潮的结构、特征及内潮的产生和传播。  南海东北部的吕宋海峡区域由于复杂的地形和强的潮流,产生了强的内潮和孤立内波。虽然前人有很多关于南海北部内潮的研究报道,但很多研究主要关注于南海北部内潮在时间上的变化。而对于在传播过程中,内潮的垂直结构及传播方向变化的研究较少。本文利用一组布放在南海东北部的三套潜标资料,研究内潮从深的陆坡区传播到浅的陆架区过程中,内潮的结构和能通量方向的变化。结果表明,内潮在吕宋海峡产生之后向西-西北方向传播并传播到了南海东北部的陆坡区。内潮从陆坡区传播到陆架区后,全日内潮和半日内潮显示了明显不同的变化:全日内潮能量显著减少,而半日内潮的大部分能量传播到了陆架区;在垂直结构方面,全日内潮在深的陆坡区主要以第一模态为主,在浅的陆架区,出现了高模态结构,而半日内潮在传播过程中,垂直结构相对较为稳定,在陆架区和陆坡区均主要以第一模态结构为主。  过去对南海内潮的研究,主要集中在南海东北部,而对其它海域,特别是南海南部的内潮的研究相对较少。南海南部南沙群岛附近具有大量的岛礁和岛屿,由于复杂的地形,该海区可能存在着强的内潮,但前人对南海南部内潮的研究几乎是空白。我们利用布放在南海南部岛礁附近的一套长时间定点观测的潜标资料研究了该海区内潮的产生和时空变化。观测结果表明,观测区的内潮以第一模态全日内潮占主导,内潮和正压潮的主要分潮成分均是全日部分的O1,P1和K1。内潮在整个观测期间显示了明显的14天大小潮周期的变化。与此同时,全日内潮也显示了明显的季节变化:夏季和冬季内潮的能量明显强于春季和秋季内潮的能量。通过对内潮进行的定量分析,我们得到夏季和冬季内潮能量的平均值达到1.2KJ/m2,这个值比春季和秋季内潮的能量值高出60%。通过进一步的动力学分析,我们首次提出南海南部内潮半年周期季节变化产生的物理机制是:正压潮中全日分潮P1和K1的半年周期的调制。全日内潮14天大小潮周期的变化和对应的全日正压潮之间存在约三天的相位延迟,表明观测区的内潮并不是局地产生的。根据内潮传播的速度和全日内潮的传播方向,我们推断观测海区的内潮来自于南沙海区的南钥岛礁,郑和群礁和九章群礁。  由于南海南部的复杂地形和环流结构,内潮在远离源区的传播过程中可能会显示非相干内潮特征。因此,通过该海区1.5年的长时间的潜标观测资料,我们对南海南部的相干内潮和非相干内潮进行了分析。结果显示,相干内潮主要由全日部分的(Q1,O1,P1和K1)和半日部分的(M2)组成。全日内潮比半日内潮显示更明显的相干性。相干全日内潮几乎占到全日运动的58%,半日内潮中相干运动占到35%。相干内潮和非相干内潮的模态分解表明:相干内潮主要由第一模态为主;非相干内潮中低模态和高模态显示相当的振幅。并且,相干内潮和非相干内潮分别占内潮总能量的64%和36%。
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