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南海内孤立波传播演变、台风激发近惯性振荡水平传播的研究上取得进展
访问数量:61发布时间:2019-08-23

近日,中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室(LTO)蔡树群研究团队对南海北部陆架/陆坡区由隆起地形效应造成的跨海盆传播的内波孤立波向岸演变的变化规律进行了研究。该研究指出南海北部陆架/陆坡区隆起的地形效应会诱发跨海盆传播的内孤立波向岸演变特征及能量的异常改变,并对由隆起地形效应诱发的新波的生成机制做出了科学解释。该研究相关成果近期由谢皆烁等发表在Journal of Geophysical Research: Oceans上。      

 

图1  南海北部陆架/陆坡区沿典型断面传播的内波孤立波在跨越深海海盆后的演变结果(图中S及T等相关字母分别代表向岸内孤立波受陆架/陆坡区隆起地形QR2及PR2影响所诱发的新的内孤立波或波包)

 

      由于南海北部陆架/陆坡区存在着大量与南海北部典型内孤立波特征波幅及波宽相近的隆起地形,这些尺寸与局地内孤立波相近的隆起地形,有可能会引起南海北部内孤立波向岸传播演变行为的某些异变。为此作者采用自主建立的2.5维涡量流函数形式全非线性非静力数值模式,研究了这些地形的隆起效应对跨越南海北部深海海盆的内波孤立波向岸演变行为的影响规律。研究结果表明:内孤立波在穿越隆起地形时所演化的新波除整齐列队式的第一模态先头波包外,紧随其后的波包形式可能分别为按非整齐列队式的第一模态波包和按整齐列队式的第二模态波包(图1)。隆起的地形效应可导致内孤立波动能降低至波势能的80%,随后,内孤立波动能占比可反弹至波势能的约1.1-1.2倍。在陆架区,整齐列队式的第一模态先头波包和后继的非整齐列队式的第一模态波包分别是由向岸内孤立波的前肩部及后肩部的凹陷分裂产生,并且,后继内孤立波包的非整齐列队特点是由于波流相互作用造成的波包中内孤立波之间能量的不均匀传递和耗散所造成。当内孤立波与陆坡或陆架区的隆起地形相互作用时,可从隆起地形上激发出同时向上和向下传播的类似内波束式的扰动,而第二模态波包则可解释为该内波束式扰动与密度跃层作用而诱生的局地生成机制。

 

      此外,研究团队还与大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室宁德志教授合作,通过数值模拟研究了2014年台风海鸥过境后南海东北部近惯性振荡的水平变化,对台风激发的近惯性振荡水平变化的机理做出了科学解释。相关研究成果近期由许洁馨等发表在Continental  Shelf  Research上。

 

      作者应用改进后的三维Price-Weller-Pinkel模型,首先模拟研究了近惯性振荡的结构特征,其模拟结果与实测资料比较一致,并揭示了台风所激发的近惯性振荡水平结构类似于一系列旋转椭圆,其中心与台风轨道平行,向西北方向传播(图2)。之后,通过若干敏感性实验,研究了台风不同参数对近惯性振荡的影响,结果表明:随着最大风速半径的增加,近惯性振荡的影响范围变窄,而台风的最大风速和移动速度的增加往往会扩大其影响范围。其中台风的最大风速对近惯性动能的影响最大,而台风移动是近惯性振荡水平传播的主要原因。

 

      上述研究由多个国家自然科学基金项目、中国科学院中年拔尖科学家人才项目及广州市珠江科技新星项目等共同资助完成。


2  模拟得到的台风过境南海时引起的4个时刻的近惯性流速的水平分布(a)45小时, (b) 60小时, (c) 75小时和(d) 118小时(其中红色线为台风移动路径,A为实测锚定潜标位置)


文章来源:中国科学院南海海洋研究所

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