APP下载

南海西北陆坡区内潮与近惯性内波观测研究

2016-11-17梁辉郑洁田纪伟

海洋学报 2016年11期
关键词:内波惯性潮流

梁辉,郑洁,田纪伟*

(1. 中国海洋大学 物理海洋教育部重点实验室,山东 青岛 266100)



南海西北陆坡区内潮与近惯性内波观测研究

梁辉1,郑洁1,田纪伟1*

(1. 中国海洋大学 物理海洋教育部重点实验室,山东 青岛 266100)

通过对2006年南海西北部海域近3个月的全水深流速观测资料的分析,研究了该海区正压潮、内潮及近惯性内波的时空分布特征。结果表明,全日内潮明显强于半日内潮,且最大潮流均出现在海洋上层;内潮的主轴方向基本沿东南-西北方向,近似与局地等深线垂直;内潮能量显示出明显的时间长度约为半月的大小潮调制周期;全日内潮的coherent部分占全日内潮能量的70%,而半日内潮的coherent部分占半日内潮能量的53%;进一步研究发现半日内潮主要由第一模态主导,而全日内潮第三模态能量占总能量的比例仅次于第一模态且量值上与之相当;强风过程可激发出强的近惯性运动,暖涡使得近惯性内波能量更有效地向海洋深层传播,冷涡则不利于近惯性内波能量向下传播。

南海;内潮;近惯性内波

1 引言

内波是发生在海洋内部的典型波动现象。海洋内波不但是物质和能量传播的有效载体,也是驱动海洋湍流混合的动力源泉[1—2],并对海洋工程设施、水声通讯和潜艇水下航行等具有重大影响[3—5]。鉴于内波研究的重要性,不少学者已经在全球海洋的某些海区开展了内潮和近惯性内波的研究。Kunze和Toole[6]基于现场观测资料探究内潮与混合的关系,表明内潮产生区域会出现混合率增强的现象。Lien和Gregg[7]在Monterey海底峡谷进行的内波观测实验均发现,混合率的高值区与始于海山顶端的内波射线具有较好的对应关系。Klymak等[8]根据在Kaena洋脊的观测对内潮破碎导致混合过程进行了研究,发现内潮不仅自身存在明显的时间变化特征,且其对混合过程具有明显的调制作用。近惯性内波在海洋中的含能也较大,对海洋中的混合过程以及维持大洋环流与内潮有着同样重要的作用。Jing和Wu[9]基于西北太平洋CTD观测的密度剖面资料证明风生近惯性运动对深海混合有重要作用。

南海是西太平洋最大的边缘海,季风和吕宋海峡突变海底地形与正压潮相互作用的联合影响,使得南海北部蕴含着非常活跃的内潮与近惯性内波。邱章等[10]利用南海北部定点观测资料分析了内潮的主要成分和传播方向,结果表明该海区内潮以全日内潮为主要成分,且主要向北传播。方国洪等[11]利用数值方法并结合验潮站观测资料分析了南海正压潮的分布特征,指出南海的潮能主要是从太平洋通过吕宋海峡传入的。张效谦等[12]基于南海北部450 m以浅海域的定点锚系观测,分析了内潮及近惯性内波的时空特征,指出内潮能量主要由海底向海表传播,而近惯性内波能量主要由海表传向海洋深层。Yang等[13]基于潜标观测数据分析了南海北部内潮模态结构的时间变化特征,结果显示内潮的第二模态更容易在冬季出现,而夏季则以第一模态绝对占主。Guo等[14]对南海大陆架上的内潮季节变化特征做了分析,结果表明全日内潮在局地起主导作用,其中以第一模态占主,而半日内潮在秋季会出现明显的第二模态结构。Lee等[15]根据东沙群岛附近连续8个月的现场观测资料,对内潮结构进行了分析,结果表明在该海域内潮中,与天文潮相位不一致的部分可占到总能量的75%。Chiang等[16]利用数值模式实验阐明了中尺度涡对海洋热力学响应的重要调制作用。Sun等[17]在台风“风神”(2008)过后,在南海北部陆架海域布放了3套潜标,观测到上层海洋较强的近惯性流速响应,并结合卫星高度计资料分析了背景涡度对近惯性运动的调制作用。Chen等[18]基于连续3年的潜标流速观测资料发现近惯性能量在秋季最强且主要与台风过境有关,并重点分析了中尺度涡对近惯性内波传播的调制作用。

目前对南海内波的研究大都集中在浅水区,且受限于全水深长时间连续观测资料的稀缺,人们对南海内潮及近惯性内波的时空特征认知水平较为有限。本文基于近3个月的南海西北部海区连续观测数据,对内潮与近惯性内波的时间变化规律和空间分布特征进行了分析,同时探讨了中尺度涡对近惯性内波能量传播的调制作用。

2 数据介绍

2.1 潜标观测资料

2006年8月17日到11月11日在南海西北陆坡区进行了近3个月的锚系潜标观测。该锚系潜标观测地点的经纬度为19°59′N,115°30′E,水深约为1 319 m(图1)。高分辨率地形数据为ETOPO1网格数据,数据来自Global Relief Model (2009),该数据下载地址为:https://www.ngdc.noaa.gov/mgg/global/global.html。潜标观测系统在水深640 m左右设置了两个分别向上和向下观测的75 kHz声学多普勒海流剖面仪(ADCP),观测深度为46~1 231 m,共观测了114层,层间距为10 m,仪器观测时间的采样间隔为20 min。由于仪器观测深度的两端会存在一定的奇异值,我们只采用第2层到第104层的观测数据。由于仪器在整个观测时间段内会发生起伏,为方便后续计算与分析,我们将所有ADCP观测的流速数据垂向插值到5 m标准层上。

图1 南海北部地形图和潜标观测位置(以红色五角星表示)Fig.1 Bathymetry of the northern South China Sea and the location of mooring (red pentagram)

在得到全深度水平流速场之后,为了提取内潮与近惯性内波流速信息,首先将流速场进行深度平均,获得正压流速[〈u(t)〉z,〈v(t)〉z]。随后,将正压流速从原始流场中减去,以获得斜压流速:

(1)

最后对斜压流速做谱分析,以确定不同频带内波的滤波范围。图2显示了75 m深度处的内波流速功率谱。如图2所示,南海西北部海域内波以近惯性内波(f)、全日内潮(O1、K1)和半日内潮(M2、S2)为主,其中全日内潮的强度最强。为准确提取不同频带的内潮与近惯性流速信息,我们根据流速谱分析结果,利用4阶Butterworth滤波器,带通滤波分别提取惯性、全日和半日频带的流速。全日内潮流速的滤波范围为[0.85, 1.06]K1(指K1分潮潮频率);半日内潮流速的滤波范围为[0.92, 1.1]M2(指M2分潮潮频率),近惯性内波流速的滤波范围设为[0.85, 1.15]f(f是观测位置的局地惯性频率),选取的滤波频带在图2中用不同颜色标出。如图2所示,南海还存在明显的波-波相互作用而产生的次级波动,但这不是本文所关注的主要内容,因此这里不予考虑。滤波范围的选择标准是既能最大限度的保留该频带的流速信号,又能避免其他临近频带信号的干扰。由于近惯性流速所在频带与全日内潮流速所在频带较为接近,因此在确定滤波范围时要尤其注意,本文选取的滤波范围能较好地满足这一标准。

图2 潜标位置75 m深度处内波能量谱(蓝色和红色分别代表东西方向和南北方向流速的功率谱,不同频带内波的滤波范围用不同颜色代表)Fig.2 Spectra for zonal (blue line) and meridional (red line) components of raw velocity at 75 m,different wavebands are distinguished with different colors

图3 观测海区的海洋层结与动力模态分解结果Fig.3 Buoyancy frequency and dynamical modes in the study areaa.根据WOA13月平均温盐数据计算获得的4个月的浮性频率剖面;b.以10月浮性频率计算获得的前5个模态的垂向结构,该结果已用平均值和标准差进行了归一化a.Buoyancy frequency calculated from WOA13 monthly temperature and salinity data, b.the normalized the first five baroclinic dynamical modes in October

图4 正压流速随时间的变化(蓝色和红色分别代表东西和南北方向的正压流速分量)Fig.4 Temporal variations of the zonal (blue) and meridional (red) components of the barotropic velocity

2.2 其他数据

由于缺乏温盐观测资料,这里我们使用美国国家海洋数据中心(NationalOceanographicDataCenter)发布的高精度(1/4)°气候态月平均温盐剖面数据WorldOceanAtlas2013(WOA13)来描绘观测地点处的层结情况(图3a)。WOA13气候态年平均及月平均温盐资料的水平空间分辨率为0.25°×0.25°,垂向空间分辨率在水深100m以浅处为5m,随着深度加深逐渐增大。为与潜标数据处理统一起来以方便计算,将气候态温盐剖面也垂直线性插值到5m间隔的标准层上。数据下载地址为:http://www.nodc.noaa.gov/OC5/indprod.html。

本文还使用了欧洲中期天气预报中心(EuropeanCenterforMedium-RangeWeatherForecasts,ECMWF)10m高度的风速数据、AVISO(Archiving,Validation,andInterpretationofSatelliteOceanographic)海表面高度异常(SeaLevelAnomaly,SLA)和地转流数据来探究大气中的风和海洋中的中尺度涡对近惯性内波能量生成与传播的影响。风速数据的水平空间分辨率为0.125°×0.125°,时间分辨率为6h。海表面高度异常数据与地转流速数据的水平空间分辨率分别为(1/4)°和(1/3)°,时间分辨率均为1d。数据的下载地址分别为:http://apps.ecmwf.int/datasetsdatainterim-full-daily,http://www.aviso.oceanobs.com。

3 正压潮

本文使用的潜标近似为全水深流速观测,因此我们将各个时刻的流速剖面进行垂向平均,得到正压流速随时间的变化(图4)。从图中可以看出,在整个观测时间段内,正压流速的东西方向分量要明显大于南北分量:东西方向分量在9月下旬发生转向之前,最大流速可达到0.15m/s,在转向之后,最大流速超过了0.23m/s;南北方向分量除了在10月中下旬部分时间超过了0.14m/s,在其他大部分观测时间流速都小于0.05m/s,且基本以南向流为主。

在得到正压流后,对其进行滤波以滤掉长周期运动和高频振荡,只保留近惯性和潮汐频率的部分,这里的滤波范围选取为[0.8, 3.5]f。对滤波后的东西与南北方向的正压流速分别进行调和分析,具体方法如下:

(2)

其中,天文潮流为U(t),ω为离散的分潮频率,这里考虑了8个主要分潮(K1、O1、P1、Q1、M2、S2、N2、K2),Uω和Φω分别为各个分潮的振幅与位相,即潮汐分析中待求解的分潮“调和常数”。使用最小二乘法对流速进行拟合,可以获取主要天文分潮的调和常数,继而获得各主要分潮的流速。图5展示了8大主分潮的正压潮流椭圆。全日分潮中以K1和O1为主,最大潮流可达2.2cm/s,半日潮中以M2分潮最为显著,最大潮流约为1.2cm/s,此外,P1和S2分潮也较强,最大潮流可达0.7和0.75cm/s,其他分潮能量均较弱,最大潮流均小于0.4cm/s。从潮流椭圆长轴与水平方向的夹角可以看出,除O1之外,其他几个最为显著的主分潮的主轴方向基本沿东西方向,这也与该地东西向正压流明显大于南北向流的特征相符合。

图5 潜标观测位置处8大主分潮的正压潮流椭圆Fig.5 Tidal-current ellipses of the eight major constituents

图6 内潮4大主分潮K1、O1、M2、S2分潮潮流椭圆随深度的变化Fig.6 Tidal-current ellipses at different depths for the four major constituents K1, O1, M2 and S2

4 内潮

4.1 潮流椭圆

为提取各个深度层上的内潮流速信息,我们首先将正压流从原始流速中减掉而获得斜压流,再将各深度层上的时间平均流速减掉而获得斜压脉动流速,最后对每一深度层上的斜压脉动流速用上一节的方法进行最小二乘拟合分析,得到各主分潮潮流椭圆随深度的变化,计算结果如图6。从图中可以看出,局地正压潮相比于内潮是个小量,与此同时,与正压潮流类似,全日内潮要明显强于半日内潮,全日内潮与半日内潮的最大潮流均出现在温跃层深度处(图6),K1分潮最大潮流可达18.2cm/s,O1可达16.6cm/s,M2可达5.9cm/s,S2可达3.2cm/s。对全日内潮来说,潮流大小在温跃层以下随深度增加迅速减小,最小潮流出现在350m上下,之后K1分潮潮流随深度的增加又逐渐增大,在底部保持为6.5cm/s的潮流流速,而O1分潮潮流随深度的增加先逐渐增大,在700m上下达到较大值,之后随深度又逐渐减小至4.1cm/s;对半日内潮来说,潮流大小在温跃层以下随深度增加逐渐减小,最小潮流出现在650m上下,之后随着深度的增加潮流又逐渐增大。从长轴与水平方向的夹角来看,全日内潮和半日内潮的主轴方向基本沿东南-西北方向,近似与局地等深线垂直。

4.2 能量变化

为得到内潮能量在垂向上的分布和时间上的变化特征,我们首先根据流速谱分析结果(图2)对斜压流速进行带通滤波以得到全日内潮和半日内潮流速。内潮的水平动能可按下式计算获得:

(3)

其中,尖括号〈·〉φ代表位相内平均(对于内潮来说,时间长度统一取为14d,对于近惯性内波来说,取局地惯性周期,这里约为35h),H为水深,ρ0为海水密度,由于海水密度的变化对内潮能量的计算结果影响非常小,因此在本文中,海水密度ρ0取为常数1 024kg/m3。图7展示了全日和半日内潮水平动能的时间变化特征和垂向分布结构。如图所示,全日内潮能量明显强于半日内潮能量(子图色标范围不一致),在垂向分布结构中,内潮能量大都集中在海洋上层(200m以浅);在时间变化特征上,内潮能量显示出明显的时间长度约为半月的大小潮调制周期,这主要是由各主分潮之间的相互干涉作用引起的。

通过对原始观测的斜压流速进行调和分析以提取出潮流的coherent部分,这里具体包括8大分潮,原始斜压流剩余的部分即为incoherent部分。图8展示了全日和半日内潮coherent和incoherent部分动能的深度积分值随时间的变化。内潮的coherent部分显示出明显的时间长度约为14d的大小潮调制周期,incoherent部分则无明显的时间变化规律。与此同时,我们对内潮能量进行了时间平均,结果表明,对于全日内潮来说,coherent部分占全日内潮能量的70%,而对于半日内潮来说,coherent部分占半日内潮能量的53%。

4.3 模态结构

我们分别对全日和半日内潮流速进行动力模态分解,以揭示内潮的模态结构。动力模态结构可通过求解Sturm-Liouville特征值问题来获得[19]。在水深为H的海洋中,内潮可以用多个离散的斜压模态的叠加来表示。而斜压模态的求解主要依赖于浮性频率剖面N(z)。需求解的模态方程为:

(4)

求解的边界条件为Φ(0)=Φ(-H)=0。其中,cn为特征值,N2为Brunt-Vaisala频率,Φn(z)为垂向起伏与垂向流速的斜压模态结构,n代表模态数。压强与水平流速相对应的斜压模态结构Πn(z)可依照下式计算获得:

(5)

式中,ρ0为海水密度,由于计算结果对海水密度不敏感,这里设为常数值1 024kg/m3。为使得计算结果更准确,在动力模态分解方法里使用的浮性频率N2一律根据WOA13气候态数据的月平均温盐剖面资料进行计算获得,并且在计算过程中,使用与观测时间对应月份的浮性频率。图3a即为观测海区的浮性频率剖面结构,图3b以10月份为例对模态垂向结构进行展示。

图7 全日内潮(a)和半日内潮(b)水平动能的时间变化特征和垂向分布结构(各子图中的黄色实线代表内潮水平动能的深度积分值,这里为内潮能量的14 d低通结果)Fig.7 The temporal variations and vertical distributions of the HKE of the diurnal (a) and semidiurnal (b) internal tides. The yellow solid lines represent 14 d low-passed components of the depth-integrated HKE of the diurnal and semidiurnal internal tides

图8 内潮水平动能深度积分值随时间的变化Fig.8 Time series of the depth-integrated coherent and incoherent HKE at diurnal and semidiurnal frequency bandsa.全日,coherent;b.全日,incoherent;c.半日,coherent;d.半日,incoherent。蓝色为原始时间序列,红色为14 d低通结果a.Coherent diurnal component; b. incoherent diurnal component; c.coherent semidiurnal component; d. incoherent semidiurnal component. Blue lines show raw HKE. Red lines indicate low-frequency components obtained by low-pass filter with fortnight period

图9 内潮前5模态动能的时间变化序列(a, c)以及占总能量的百分比(b, d)(a, b为全日内潮;c, d为半日内潮,不同模态能量用不同的颜色加以区别)Fig.9 Time series of the HKE of the first five modes diurnal (a) and semidiurnal (c) internal tides and modal partition of HKE of the (b) diurnal and (d) semidiurnal internal tide,the percentage of each mode is given at the top of the bar,different normal modes are distinguished with different colors

各模态斜压流速均可用斜压模的垂向结构及时间变化来表示,即为:

(6)

式中,u′n(t)表示模态的时间变化序列。在每一个时刻,时间系数都可以用最小二乘法对流速剖面进行求解[20]。对流速模态结构而言,n=0,即表示正压结果。图9展示了内潮前5个模态动能随时间的变化及其占总能量的比例。结果表明,全日内潮模态组成相对复杂,第一和第三模态占优,可占到总能量的65%,其余3个模态比例相当,而半日内潮第一模态即可占到总能量的一半,随着模态数的增加,能量占总能量的比例逐渐减小。

5 近惯性内波

为了探究近惯性运动在锚系海区的特点以及大气中的风与海洋中的中尺度涡过程对近惯性内波能量生成与传播的影响,我们提取近惯性流速以计算近惯性内波的水平动能(图10c),并利用ECWMF提供的海表面上10m高度的风速数据计算风对海表面近惯性运动的能量输入(图10a),同时利用海表面高度异常和地转流数据刻画出不同时刻的中尺度涡情况(图10b,图11)。

为分析海洋中近惯性内波对风场的响应,本文通过一个混合层模型(SlabMixed-layerModel)[21—22]对风向海表近惯性运动的能量输入进行了估算。该模型的基本控制方程为:

(7)

式中,T=ρ-1(τx+iτy)为海表面风应力,f为局地惯性频率,r为阻尼系数,H为混合层深度,Z即为我们要求的海面惯性流速Z=u+iv。这里的混合层深度定义为密度与海表面密度相差0.125kg/m3所在的深度。根据前人研究,此处r取为0.15f[23]。

基于10m高度风速资料,按照以下公式对海表面风应力进行计算[24—25]:

(8)

式中,U10为海表面上10m高度处风速,ρ为空气密度(这里取1.3kg/m3),CD为拖曳系数。其具体表达式[26]为:

(9)

随后,风向海洋中近惯性运动的能量输入可根据海表面风应力和惯性流计算获得,方法如下:

(10)

式中,τ为海表面风应力的矢量表达,u为海面惯性流Z的矢量表达。近惯性能通量为正则表示能量由大气向海洋中输入。

如图10c所示,两个较强近惯性动能出现在不同时间的不同位置:一个大约出现在9月28日,近惯性内波能量从混合层(约30m)向下传播,并在混合层以下随着深度的增加迅速衰减;另一个则出现在8月18日,近惯性内波能量集中在约140m水深处,说明此时近惯性内波能量可传至温跃层以深海域。通过与风向海洋输入的近惯性能量比较(图10a),9月28日出现的强近惯性能量应该是由强风过程(台风Xangsane)导致的,然而出现在海洋内部约140m水深处的强近惯性能量与风场能量输入并无良好的对应关系,通过与海表面高度异常(图10b)对比发现,此时近惯性能量增强对应一个较强的中尺度暖涡。10月底也有一个较强风过程发生,近惯性内波能量并无明显加强,而此时潜标位于较强中尺度冷涡的影响范围内。

图10 潜标观测位置处风向海洋混合层近惯性运动的能量输入(a),海表面高度异常(b)和近惯性动能随时间和深度的变化(c),黄色实线代表近惯性能量全深度积分值的惯性周期平均结果Fig.10 The wind-induced energy flux to near-inertial motions in the surface mixed layer(a), SLA(b), the temporal variations and vertical distributions of the HKE of the NIW(c) at mooring site. The yellow solid lines represent low-frequency components of the depth-integrated HKE of the NIW obtained by low-pass filter with local inertial period

图11 南海北部不同观测时间的海表面高度异常(cm)和地转流(m/s)Fig.11 SLA and geostrophic currents in the northern South China Sea at different timea.暖涡, b.无涡, c.冷涡, 灰色圆点代表本文使用潜标的位置, 100 m以浅海域的数据被去掉a. Warm eddy, b.none, c.cold eddy, the gray dot denotes the location of mooring used in this paper, regions shallower than 100 m are masked

单从海表面高度异常的时间序列,很难直观地看到中尺度涡的出现位置及传播路径,因此,基于海表面高度异常数据和海表面地转流数据,我们刻画出不同时刻的中尺度涡结构。图11展示了3种不同的中尺度涡情况,分别是暖涡、无涡和冷涡。结合图10,我们可以初步得出结论,风可以为海洋混合层内的近惯性运动提供能量;中尺度暖涡的存在使得近惯性内波能量迅速穿过混合层向海洋深层传播,对海洋深层混合过程有潜在影响;中尺度冷涡则不利于近惯性内波能量向海洋深层传播。

6 结论与讨论

本文通过对2006年南海西北部海域一点近3个月的近全水深流速观测资料的分析,研究了该海区正压潮、内潮及近惯性内波在时间和空间上的结构特点。研究结果表明,全日正压潮流明显强于半日正压潮流,且主要以东西方向为主;局地正压潮相比于内潮是个小量,全日内潮要明显强于半日内潮,且最大潮流均出现在海洋上层,之后随深度减小,全日内潮最小潮流出现在350m深度处,半日内潮最小潮流出现在650m深度处,之后随深度又逐渐增大;内潮的主轴方向基本沿东南-西北方向,近似与局地等深线垂直;内潮能量大都集中在海洋上层(200m以浅),且显示出明显的时间长度约为半月的大小潮调制周期;全日内潮的coherent部分占全日内潮能量的70%,而半日内潮的coherent部分占半日内潮能量的53%;全日内潮第一和第三模态占优,可占到总能量的65%,而半日内潮第一模态占总能量的一半,其余模态的内潮能量占总能量的比重随着模态数的增加逐渐减小;风可以为海洋混合层内的近惯性运动提供能量,强风过程可激发出强的近惯性运动,中尺度暖涡的存在使得近惯性内波能量迅速穿过混合层向海洋深层传播,对海洋深层混合过程有潜在影响,中尺度冷涡则不利于近惯性内波能量向海洋深层传播。

[1]MunkW,WunschC.AbyssalrecipesⅡ:energeticsoftidalandwindmixing[J].Deep-SeaResearchPratI, 1998, 45(12): 1977-2010.

[2]SharplesJ,MooreCM,AbrahamER.Internaltidedissipation,mixing,andverticalnitratefluxattheshelfedgeofNENewZealand[J].JournalofGeophysicalResearch, 2001, 106(C7): 14069-14081.

[3]沈国光, 叶春生. 海洋内波对水声场的扰动[J]. 海洋工程, 2002, 20(2): 78-84.

ShenGuoguang,YeChunsheng.Disturbanceofwatersoundfieldbyoceaninternalwaves[J].TheOceanEngineering, 2002, 20(2): 78-84.

[4]李家春. 水面下的波浪——海洋内波[J]. 力学与实践, 2005, 27(2): 1-6.

LiJiachun.Billowundertheseasurface-internalwavesintheocean[J].MechanicsinEngineering, 2005, 27(2): 1-6.

[5]OsborneAR,BurchTL.InternalsolitonsintheAndamanSea[J].Science, 1980, 208(4443): 451-460.

[6]KunzeE,TooleJM.Tidallydrivenvorticity,diurnalshear,andturbulenceatopfieberlingseamount[J].JournalofPhysicalOceanography, 1997, 27(12): 2663-2693.

[7]LienRC,GreggMC.Observationsofturbulenceinatidalbeamandacrossacoastalridge[J].JournalofGeophysicalResearch, 2001, 106(C3): 4575-4591.

[8]KlymakJM,PinkelR,RainvilleL.Directbreakingoftheinternaltideneartopography:KaenaRidge,Hawaii[J].JournalofPhysicalOceanography, 2008, 38(2): 380-399.

[9]JingZhao,WuLixin.SeasonalvariationofturbulentdiapycnalmixinginthenorthwesternPacificstirredbywindstress[J].GeophysicalResearchLetters, 2010, 37(23):L23604.

[10]邱章, 徐锡祯, 龙小敏. 南海北部一观测点内潮特征的初步分析[J]. 热带海洋, 1996, 15(4): 63-67.

QiuZhang,XuXizhen,LongXiaomin.ApreliminaryanalysisoninternaltidecharacteristicsatanobservationpointinNorthernSouthChinaSea[J].TropicOceanology, 1996, 15(4): 63-67.

[11]方国洪, 曹德明, 黄企洲. 南海潮汐潮流的数值模拟[J]. 海洋学报, 1994, 16(4): 1-12.

FangGuohong,CaoDeming,HuangQizhou.NumericalsimulationoftidesandtidalcurrentsintheSouthChinaSea[J].HaiyangXuebao, 1994, 16(4): 1-12.

[12]张效谦, 梁鑫峰, 田纪伟. 南海北部450m以浅水层内潮和近惯性运动研究[J]. 科学通报, 2005, 50(18): 2027-2031.

ZhangXiaoqian,LiangXinfeng,TianJiwei.Observationofinternaltidesandnear-inertialmotionsintheupper450mlayerofthenorthernSouthChinaSea[J].ChineseScienceBulletin, 2005, 50(24): 2890-2895.

[13]YangYJ,FangYC,ChangMH,etal.ObservationsofsecondbaroclinicmodeinternalsolitarywavesonthecontinentalslopeofthenorthernSouthChinaSea[J].JournalofGeophysicalResearch, 2009, 114(C10):C10003.

[14]GuoPu,FangWendong,LiuChangjian,etal.SeasonalcharacteristicsofinternaltidesonthecontinentalshelfinthenorthernSouthChinaSea[J].JournalofGeophysicalResearch, 2012, 117(C4):C04023.

[15]LeeIH,WangYH,YangY,etal.TemporalvariabilityofinternaltidesinthenortheastSouthChinaSea[J].JournalofGeophysicalResearch, 2012, 117(C2):C02013.

[16]ChiangTL,WuCR,OeyLY.TyphoonKai-Tak:anocean’sperfectstorm[J].JournalofPhysicalOceanography, 2011, 41(1): 221-233.

[17]SunLu,ZhengQuanan,WangDongxiao,etal.Acasestudyofnear-inertialoscillationintheSouthChinaSeausingmooringobservationsandsatellitealtimeterdata[J].JournalofOceanography, 2011, 67(6): 677-687.

[18]ChenGengxin,XueHuijie,WangDongxiao,etal.Observednear-inertialkineticenergyinthenorthwesternSouthChinaSea[J].JournalofGeophysicalResearch, 2013, 118(10): 4965-4977.

[19]GillAE.Atmosphere-OceanDynamics[M].NewYork:Academic, 1982: 662.

[20]NashJD,AlfordMH,KunzeE.Estimatinginternalwaveenergyfluxesintheocean[J].JournalofAtmosphericandOceanicTechnology, 2005, 22(10): 1551-1570.

[21]PollardRT,MillardRCJr.Comparisonbetweenobservedandsimulatedwind-generatedinertialoscillations[J].DeepSeaResearchandOceanographicAbstracts, 1970, 17(4): 813-821.

[22]D’AsaroEA.Theenergyfluxfromthewindtonear-inertialmotionsinthesurfacemixedlayer[J].JournalofPhysicalOceanography, 1985, 15(8): 1043-1059.

[23]AlfordMH.Internalswellgeneration:thespatialdistributionofenergyfluxfromthewindtomixedlayernear-inertialmotions[J].JournalofPhysicalOceanography, 2001, 31(8): 2359-2368.

[24]WuJin.Wind-stresscoefficientsoverseasurfacenearneutralconditions-arevisit[J].JournalofPhysicalOceanography, 1980, 10(5): 727-740.

[24]WuJin.Wind-stresscoefficientsoverseasurfacefrombreezetohurricane[J].JournalofGeophysicalResearch, 1982, 87(C12): 9704-9706.

[25]OeyLY,EzerT,WangDP,etal.LoopcurrentwarmingbyhurricaneWilma[J].GeophysicalResearchLetters, 2006, 33(8):L08613.

Observation of internal tides and near-inertial internal waves on the continental slope in the northwestern South China Sea

Liang Hui1,Zheng Jie1,Tian Jiwei1

(1.KeyLaboratoryofPhysicalOceanography,MinistryofEducation,OceanUniversityofChina,Qingdao266100,China)

The temporal variability and vertical distribution of barotropic tides, internal tides and near-inertial internal waves (NIW) were investigated on the basis of 3-month moored acoustic Doppler current profiler observations on the continental slope in the northwestern South China Sea in 2006. The diurnal baroclinic constituents are found to be more prominent than the semidiurnal baroclinic ones at mooring site, which are same with the barotropic tides, and amplitudes of the internal tides are stronger in the thermocline, and then decreases with depth. Almost all the major axes of the internal tidal ellipses are perpendicular to the local isobaths, that is, along the southeast-northwest direction approximately. Spring-neap oscillations of about 14 days can be seen at mooring site during observational periods. The coherent diurnal (semidiurnal) internal tidal motions could explain 70% (53%) of the total energy in the diurnal (semidiurnal) tidal band. Further analysis demonstrates that the semidiurnal internal tides are dominated by the first mode, whereas the diurnal internal tides show a variable multimodal structure: the third mode plays a secondary role and is comparable to the first mode. During the passage of Typhoon, the NIW became more energetic. Mesoscale warm eddies are the chimneys through which the near-inertial wind work penetrates rapidly into the deep ocean, and then cold eddies could probably inhibit the downward propagation of the near-inertial wind work.

South China Sea;internal tides;near-inertial internal waves

2015-04-15;

2015-11-12。

南海关键岛屿周边多尺度海洋动力过程研究(2014CB745003);南海海洋环流形成变异机理及其气候效应(GASI-03-01-01-03);内波与混合精细化观测系统集成与示范(2013AA09A502),国家自然科学基金—吕宋海峡深层环流的调控机制及影响因素(41176010)。

梁辉(1987—),女,山东省烟台市人,博士研究生,从事海洋内波与混合研究。E-mail:lhzy.1987@163.com

田纪伟(1956—),男,教授,主要研究南海及大洋混合、内波与深海环流。E-mail:tianjw@ouc.edu.cn

P731.24

A

0253-4193(2016)11-0032-11

梁辉,郑洁,田纪伟. 南海西北陆坡区内潮与近惯性内波观测研究[J]. 海洋学报, 2016, 38(11): 32-42,doi:10.3969/j.issn.0253-4193.2016.11.003

Liang Hui, Zheng Jie, Tian Jiwei. Observation of internal tides and near-inertial internal waves on the continental slope in the northwestern South China Sea[J]. Haiyang Xuebao, 2016, 38(11): 32-42, doi:10.3969/j.issn.0253-4193.2016.11.003

猜你喜欢

内波惯性潮流
孤立内波对过渡海域声场干涉结构的影响分析
冲破『惯性』 看惯性
内波与死水,连潜艇都怕的海浪
基于MODIS 遥感影像的安达曼海内波特征参数分布及生成周期研究
无处不在的惯性
潮流
潮流
潮流
从2014到2015潮流就是“贪新厌旧”
无处不在的惯性