内孤立波生成的数值实验

王玮++夏文慧++端和阳++邵展超

摘 要：文章研究的是利用MITgcm模式，采用数值模拟技术，综合分析南海东北部吕宋海峡东西两侧的海水层结。设计数值模拟实验，研究正压潮在边界强迫，经过高斯地形海脊后形成内孤立波的动力过程。探讨了流场、正压能与斜压能相互转化的过程。

一、引言

当水下存在陡变的地形（陆坡、海脊等），在边界正压潮流的扰动下，密度跃层附近往往发生大振幅的波动，然后离开产生源地向远处传播。内孤立波对海底物质输运、声通信、海军潜艇、海洋油气工程平台等载荷具有重要影响。南海东北部是内孤立波的多发海域，而且受气候变暖影响，在21世纪里该海域的内孤立波活动将会增加。本文利用理想的潮-地相互作用模型，分析了内孤立波生成过程中，特定层结构对能量传播方向和强度的影响。

二、模式介绍

MITgcm由美国麻省理工学院研发，用来研究大气和海洋的现象，它的计算内核可以用于推动大气和海洋测算模型，能够模拟非静力近似的能力，所以其可以被用于内孤立波的模拟。

MITgcm模式的海水运动基本方程可以概括为：

方程（1）至（5）分别表示连续方程、动量方程、海水状态方程、热扩散方程、盐量扩散方程，其中V表示三维空间速度（u，v，w），ρ表示海水密度，T表示海水温度，S表示海水盐度，P表示海水压强。

三、实验设计

正压潮流统一规定為0.3m/s，模式采用水平均匀垂向连续分层。高斯地形表达式H（x）=hoexp[-x-S*L）2/W2]，实验设置Ho=500m是水深，ho=270m是海中海脊部的高度，W为脊的宽度并且长度为3公里，L为中心区域的长度，S=0.3。

四、讨论

下图显示在水平均匀层结下的潮汐平均斜压能量密度，从上到下依次为有效位能、斜压动能和总的斜压能量。可以发现，三者在海脊附近集中，离海脊渐远，能量逐渐减弱。

五、结论

采用MITgcm模式数值模拟，分析正压潮流流过水下高斯海脊地形的情况，研究正压潮在边界强迫，经过高斯地形海脊后形成内孤立波的动力过程，结果得出：有效位能、斜压动能和总的斜压能量在海脊附近集中，离海脊渐远，能量逐渐减弱。

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