南海内潮演变特征及湍流混合机制研究

Diurnal and semidiurnal intelnal tides are rich in the South China Sea where strong diurnal intelnal tides are the main feature. Internal tides generate when the barotropic tides interact with topography in density stratification water. As complex terrain and numerous islands in the South China Sea, the evolution dynamic characteristics and mixing mechanism of internal tides are extremely complex. In the proposed project, using the situ observation data, which include mooring and shipborne data with CTD , ADCP, turbulent microstructure profiler (TurboMap-L) and XMP data in the South China Sea, we study the evolution dynamic characteristics in the northern, central and southern of the South China Sea, furthermore, we analyze the nonlinear interaction between the internal tides and topography, the internal tides and near-inertial waves, diurnal and semidiurnal internal tides and observe their mixing mechanism. We study the turbulent mixing intensity variation with latitude and build turbulent mixing parameterization schemes in the South China Sea to improve the simulation of ocean circulation model in the South China Sea.

南海有丰富的全日潮和半日潮, 其中以大振幅全日潮为主要特征。正压潮在密度层结的海水中经过与海底地形作用形成内潮，由于南海地形复杂、岛礁众多，其内潮演化动力特征及其引起的海洋混合机制极为丰富，我们拟利用现有的和进一步获得的南海不同海区的锚定潜标观测数据及走航CTD、ADCP、湍流微结构剖面仪（TurboMap-L）、抛弃式深海湍流微结构剖面仪（XMP）断面观测数据，研究南海不同海区（北部、中部、南部）内潮演化特征，分析内潮与地形、内潮与近惯性内波、全日内潮与半日内潮等之间的非线性相互作用关系及其引起的海洋内部混合机制，揭示南海湍流混合强度随纬度的变化规律，构建适合南海湍流混合参数化方案，提高南海海洋模式模拟能力。

本项目的研究内容包括三个方面：1）南海内潮演变特征研究；2）南海内潮演变引起的海洋内部混合机制研究；3）南海湍流混合特征及参数化方案研究。针对研究内容和研究要点，我们使用走航观测数据、锚定潜标数据、卫星遥感数据等研究了南海不同海区的内潮演变特征及内波之间的非线性相互作用关系，南海中北部内潮主要来源于吕宋海峡正压潮与海底海山的相互作用激发，南部内潮主要来源于南钥岛，并由此导致的南海内部湍流混合机制。通过锚定潜标数据研究了南海北部内潮从深海向陆架传播过程中相干内波和非相干内波对湍流混合的贡献；利用走航观测数据研究了南海的湍动能耗散率和湍动能混合率的空间分布特征，验证了适合南海的湍流混合参数化方案为常用于近海的MG模型，而适用于大洋的GH模型并不适用于南海；通过在南海中部50个小时连续湍流微结构观测和卫星遥感数据及船载气象观测等，发现上混合层的湍动能耗散率的日变化与浮力通量关系密切，与风通量关系不大，这改变了之前科学家的认识；通过锚定潜标数据研究了台风对非线性波-波相互作用的影响，发现台风在全日潮的临界纬度能够引起近惯性内波自相互作用和增强全日潮与半日潮之间的相互作用；研究了ENSO对内潮模态结构的影响，发现内潮在La Niña年份呈现低模态而在El Niño年份呈现高模态。此外，我们还研制了“海洋热通量观测仪”和“湍流混合仪”及搭载在水下滑翔机的“湍流微结构剖面仪”，相关成果已获得授权国家发明和实用新型专利。项目已资助发表论文27篇（SCI收录25篇），包括Geophysical Research Letters论文2篇（其中一篇被编辑推荐为当期和当年双亮点论文）、Journal of Geophysical Research: Oceans论文6篇（其中一篇被Highlight）、Journal of Physical Oceanography论文2篇。获得授权国家发明专利2项、实用新型专利4项。参加国内外学术会议及学术交流24次。