南海东北部背景剪切流及涡旋对内波生成和演变的影响及其能量转换

The northeastern South China Sea (SCS) is affected by Kuroshio intrusion and monsoon etc., the background shear currents are complicated, the eddies are active, and the seasonal variation of sea water vertical stratification is distinct, meanwhile, due to the effects of the complicated bottom topography in the Luzon Strait and strong tidal currents, the internal tides/solitary waves here are very active. However, in the previous studies on internal tides/solitary waves, few correlations with the background shear currents/eddies are considered. In this project, the satellite remote sensing data and historical in-situ observational hydrologic data in the northeastern SCS are collected, and a mooring array observational system is set up for observations of background shear currents/eddies and internal tides/solitary waves. Based on the analyses of multi-source data, the characteristics, generations, evolutions and interactions of background shear currents/eddies with internal tides/solitary waves in the northern SCS are studied, then theoretical analyses are applied and the numerical models are established to reveal the effect of background shear currents/eddies on the generation and evolution of internal tides/solitary waves, and investigate the energy conversion and interaction between background shear currents/eddies and internal tides/solitary waves. This would be important to the physical oceanography and regional oceanology for the dynamic explanation of the characteristics, evolutions and interactions of internal tides/solitary waves in the northeastern SCS.

南海东北部受黑潮入侵、季风等动力因素的影响，背景剪切流复杂，涡旋众多，水体垂向层结季节性变化明显，同时又因吕宋海峡的复杂底地形和强潮流的影响，内潮、内孤立波现象显著。但是，以往关于内潮、内孤立波的研究很少考虑到背景剪切海流及涡旋对其影响。本项目将通过收集南海东北部的卫星遥感资料、历史水文观测资料，同时建立网络式阵列观测系统对该海域的剪切流/涡旋和内潮/内孤立波进行定点观测，通过对多源实测数据的研究来分析南海东北部背景剪切流/涡旋和内潮/内孤立波的特征及它们之间的相关性，进而通过理论分析和建立数值模式来揭示剪切流/涡旋对内潮/内孤立波的生成和传播演变的影响关系，探讨背景剪切流/涡旋与内潮/内孤立波之间能量的转换规律和相互作用，这对于解释南海东北部内潮/内孤立波的特征、演变规律具有十分重要的物理海洋学和区域海洋学意义。

南海东北部背景剪切流复杂，涡旋众多，内潮、内孤立波现象显著。但是，以往关于内潮、内孤立波的研究很少考虑到背景剪切海流及涡旋对其影响。本项目通过资料收集、定点观测、理论分析和数值模式等方法，主要研究：1）南海北部涡旋的特征和演变规律；2）南海北部内波的发生机制、特征和传播演变规律；3）背景剪切海流和涡旋对内孤立波传播的影响规律；4）不同周期内波之间的相互作用规律。经过5年来的研究，我们阐明了南海北部中尺度涡基本特征、三维结构及其热盐输运规律，揭示了吕宋冷涡时空变化规律及其动力机制，发现冬季南海东部涡旋的年际变化规律；揭示了海洋内孤立波产生机制和传播演变规律，发现单独的潮汐强迫便能够产生大洋内部普适的内波谱，揭示了地转效应、底地形变化、水体层结等关键要素影响海洋内波的生成和传播演变规律；厘清了背景海流对内孤立波传播的影响规律，揭示了涡旋对内孤立波传播的影响规律；发现不同周期内潮之间的强非线性作用导致内潮异常增强以及近惯性内波与内潮的非线性相互作用产生第三波的现象。取得的成果在国内外著名刊物如Geophysical Research Letters、Journal of Geophysical Research-Oceans、Journal of Physical Oceanography等发表高质量论文30篇、出版专著1部，成果“南海东北部内孤立波数值模式的研发应用及载荷理论的研究”获2016年度海洋工程科学技术一等奖；同时建立了卫星遥感和历史实测资料数据库，并于2015年8月在南海东沙群岛附近海域投放了4套内波观测潜标进行为期14天的同步观测，获得了若干温度、盐度和速度实测数据。项目的研究成果对于解释南海北部内潮/内孤立波的特征、演变规律具有十分重要的物理海洋学和区域海洋学意义。