不同海区内孤立波的传播演变特征与规律

Based on the proposer's recent work on Internal Solitary Wave (ISW) generation mechanism of both the northern South China Sea (SCS) and Knight Inlet (KI), Canada, the present proposed research aims to further investigate the ISW propagation and evolution processes in these two typical seas. In situ observational data of these two seas will be first collected. Basic kinematic characteristics of ISWs will be analyzed and our in-house numerical model will be validated using these data. The influences of different conditions on the propagation and evolution of ISWs will be systematically investigated using in situ data analysis, theoretical analysis, and numerical modelling. Since KI ISWs can propagate upstream in supercritical flow, which seems very strange, the present proposed research aims to provide an explanation for this unique property. Also, the propagation characteristic of ISWs with and without the existence of upstream internal hydraulic jump will be identified. For extremely large amplitude ISWs at Luzon Strait, their propagation characteristic will be clarified, and their difference with that of ISW propagation in the deep basin of the northern SCS will be explained. In addition, since KI and the northern SCS are of different types of stratified water, their ISW propagation processes differ greatly. By scaling model dimension, the present proposed research aims to build an unified ISW propagation model. The ultimate goal of this research is to apply this model in different stratified waters, so that the propagation process of most ISWs in the world oceans can be explained.

本项目将在申请人近期关于南海北部和加拿大奈特湾内孤立波产生机制工作的基础上，进一步研究这两个典型海区内孤立波的传播演变过程。我们将首先搜集这两个海区的观测资料，分析这两个海区内孤立波的运动学特征，并以此验证自主建立的非静力数值模式。在此基础上，通过观测数据分析、理论分析和数值模拟，系统研究各种不同条件对内孤立波传播演变过程的影响。针对奈特湾内孤立波在超临界流中能够逆流而上的传播特征，本项目将解释其动力机制，并阐明在有/无上游内部水跃条件下内孤立波的传播规律。针对吕宋海峡的极端大振幅内孤立波，本项目将揭示其传播演变过程的特征及其与深水海盆内孤立波传播演变情况的差异。另外，奈特湾和南海北部为不同层化类型水体，其内孤立波传播演变过程有很大不同。本项目将通过尺度变换，将这两个海区内孤立波的传播演变联系起来，统一到同一个模型中，并应用于其它海区，最终能够解释海洋中大部分内孤立波的传播演变过程。

本项目主要研究不同海区内孤立波的产生机制以及传播演变规律。大振幅内孤立波能够在短时间内让潜艇迅速掉深，并造成艇毁人亡的事故。因此，内孤立波的预报对潜艇的安全航行至关重要，而预报的前提是厘清内孤立波的生成与传播演变规律。本项目研究采用现场锚系潜标观测、数值模拟、卫星遥感图像相结合的方法。我们首先研究了大洋内部普适内波谱的生成机制。潮流与地形相互作用产生内波破碎，在地球这个旋转系统中自发调整产生近惯性内波，进而与内潮发生相互作用，从而把潮能源源不断地传递给近惯性内波，并演化形成普适的内波谱。该工作可以用于解释为什么大洋内部存在普适的内波谱。项目进而研究临界地形条件下内潮波束的生成与传播过程。这有助于解释内波束撞击密度跃层，从而产生内孤立波的过程。项目还研究了南海在反气旋涡影响下内孤立波传播演变特征的改变。这有助于解释在中尺度涡影响下内孤立波的复杂传播演变特征。项目进而研究了安达曼海南部内潮波在双峰海脊之间的共振、内孤立波的裂变产生，及其与吕宋海峡双峰海脊之间内潮共振的联系。该工作阐明了安达曼海南部内孤立波的生成以及传播演变过程。项目还研究了印尼海龙目海峡内孤立波的生成传播及其对印尼潜艇“南伽拉”号失事可能的影响。该工作揭示了印尼海及龙目海峡内孤立波的产生机制以及传播演变过程，并对印尼潜艇“南伽拉”号失事的原因具有启示意义。总的来说，本项目研究了大洋内部普适内波谱的产生机制，并讨论了南海，安达曼海，以及印尼海内孤立波的生成与传播演变规律。这为内孤立波数值预报技术的开发奠定了基础。