南海北部近惯性振荡研究

【摘要】南海是西北太平洋最大的边缘海，蕴含着丰富而活跃的多尺度海洋动力过程，包括大尺度环流、中尺度涡与内波和小尺度湍流混合等；南海具有典型的热带海洋性季风气候，同时又是世界台风发生最频繁海区之一，因此强风所激发的近惯性振荡是南海北部的重要海洋动力过程之一。但由于观测资料的匮乏，目前人们对台风下南海上层海洋的近惯性响应特征与机制及其近惯性振荡季节变化了解较少。本文基于大量的潜标观测数据，结合卫星遥感资料和数值模式，系统分析了南海北部上层海洋对超强台风鲶鱼（Megi）的响应，并分析了上层及深层近惯性振荡的季节变化特征。2010年10月22日，台风Megi在两套潜标之间穿过。Megi引起了很强的海表面降温，最大降温约为6.6°C；路径右侧潜标R1观测到了很强的上升流，台风过后温跃层抬升了约50米，最大降温出现在温跃层（100米），约为4.2°C。南海北部强背景内潮对台风下的近惯性响应具有重要调制作用：Megi激发混合层近惯性（f）流速最大振幅（0.4m/s）仅约为同等强度飓风Frances（大西洋）1/4，且衰减更快（e折尺度仅约为两个惯性周期）；这是由于台风产生近惯性振荡与背景全日内潮（D1）发生非线性波波相互作用，近惯性能量向次级波动fD1转移，并限制了混合层近惯性流速的成长。次级波动fD1主要来源于垂直非线性项，即近惯性水平流剪切与内潮垂向流速，或内潮水平流剪切与近惯性垂向流速乘积项。台风过后，100米以浅的内潮能量增强了约100%，这主要与源地正压潮增强、100米以浅层结增强的放大作用以及风生全日频带流动有关。台风过后在路径附近出现了两个明显的中尺度冷涡，而且叶绿素a浓度增大了10倍以上，这主要是由上升流和台风后强混合引起的；利用Argo观测的高分辨率温盐剖面，发现台风后上层海洋混合率平均增强了10倍以上。基于两套潜标连续8个月的流速和温盐剖面连续观测资料，系统总结了南海北部内波谱及近惯性振荡与内潮之间的非线性相互作用特征。南海北部内波能量谱主要由近惯性内波，全日内潮和半日内潮主导，其中全日内潮最强；剪切谱仍由三者主导，但近惯性频率最强。在近惯性与内潮（D1，D2）的和/差频率（fD1,fD2和D2f）处，流速谱和剪切谱均能观测到显著的谱峰，证明了近惯性内波与全日和半日内潮之间存在三波非线性波波相互作用；另外，全日与半日内潮也存在活跃的非线性相互作用，进而产生低频（M1）和高频谐波（D3系列）。次级波动fD1、fD2和D2f的产生对近惯性振荡具有很强的依赖性，而对全日和半日内潮强度变化依赖性较弱；次级波动fD1、fD2和D2f的流速振幅虽然比D3偏小，但引起的水平流速剪切更大，这使得近惯性振荡可能对南海内波混合具有重要的潜在影响。基于4套潜标近1年的流速剖面连续观测资料，分析了南海北部上层及深层近惯性振荡的垂向传播及季节变化特征。旋转波数谱表明近惯性能量主要集中在垂向波长100米以上，顺转谱明显大于逆转谱，说明近惯性能量主要是垂直向下传播的。南海北部上层海洋近惯性能量具有明显的季节变化，即冬强夏弱：在吕宋海峡以西的南海深水区，冬季比夏季强30-106%；在吕宋海峡，冬季比夏季强约6%；这可能与南海季风冬强夏弱有关。南海深层具有显著的近惯性振荡信号，最大流速振幅约为5.7-7cms-1，谱峰频率5-7%的蓝移特征，且主导了深层流剪切谱。剪切谱表明在南海深层也存在着近惯性振荡与内潮之间的三波非线性相互作用。深层近惯性能量具有与上层海洋类似的冬强夏弱季节变化特征，冬季比夏季强约18-88%。
【作者】管守德；
【导师】田纪伟；赵玮；
【作者基本信息】中国海洋大学，物理海洋学，2014，博士
【关键词】南海北部；潜标观测；台风；近惯性振荡；非线性相互作用；

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