南海西北部陆坡的水平弯曲对内孤立波生成演变的影响

Northern South China Sea features sharply varied topography which is essential three-dimensional resulting in ubiquitous internal solitary waves. Satellite images showed that there exist both shoreward and seaward propagating internal solitary waves. However, until recently, the generation position and the generation mechanism of these two kinds of internal solitary waves are still controversial, especially the generation mechanism of the seaward propagating internal solitary waves, whose generation process has no study focused on. After in-situ data analysis and numerical simulation, we wish to study the effect of horizontal curved continental shelf on the generation and evolution of the internal solitary waves. Firstly, through the analysis of the in-situ observations and satellite images, we wish to obtain the characteristics of these two kinds of internal solitary waves and their temporal and spatial distributions. Secondly, by using a three-dimensional fully nonhydrostatic and nonlinear MITgcm model and applying the tidal currents, stratification and topography in the real ocean, the generation and evolution of shoreward and seaward propagating internal solitary waves in the northwestern South China Sea are simulated. And then we wish to study the effects of tidal currents, stratification, rotation etc. on these two kinds of internal solitary waves. Finally, we focus on the effect of horizontal curved continental shelf. By establishing an ideal tide-topography interaction model, we try to find out the effect of horizontal curved continental shelf on the propagation direction and strength of the energy and explain the generation mechanism of these two kinds of internal solitary waves in terms of energy.

南海西北部海域的地形变化剧烈，具有明显的三维特征，使得此海域存在大量的内孤立波。卫星遥感图像显示在此海域即存在着向岸传播的内孤立波也存在着向海传播的内孤立波，但目前对这两种类型内孤立波的生成源地和生成机制仍有争议，尤其是向海传播的内孤立波，生成机理目前未有研究。本项目拟采用实测数据分析和数值模拟相结合的方法研究陆坡的水平弯曲对内孤立波生成演化的影响。首先应用实测数据和卫星遥感数据获取这两种类型内孤立波的特征及其时空分布规律；其次应用三维完全非静力非线性的MITgcm模式，采用实际的潮流、层结及地形，对南海西北部海域向岸传播和向海传播的内孤立波进行模拟，研究潮流、层结、地转等因素对两种类型内孤立波生成演化的影响；最后重点考察陆坡的水平弯曲对这两种内孤立波的作用，通过建立一个理想的潮-地相互作用模型研究陆坡地形的水平弯曲对能量传播方向和强度的影响，并从能量角度分析两种类型内孤立波的生成机理。

卫星遥感图像显示南海西北部存在着大量的内孤立波，但其生成机制并不清楚。本项目以研究此海域内孤立波的生成机制和演变规律为中心，通过数值模式模拟此海域内孤立波的生成过程，并与搜集到的卫星遥感资料互相比对验证，研究三维地形中内孤立波的生成过程及能量分布，探讨其生成机制。进一步通过分析地形、地转、层结等因素对内孤立波的生成传播的影响。研究结果表明中南半岛北部沿岸向深海传播的内孤立波主要产生于潮流和中南半岛北部沿岸弯曲的大陆坡之间的相互作用。在底地形的强迫下，所生成的内孤立波有明显的三维特征，其传播方向并不平行于驱动潮流方向，而是向东南方向传播，波峰线向南北方向扩展。此处的内孤立波是由混合山后波机制生成。能量分析表明，等深线的弯曲会造成能量的重新分布，在等深线凹陷处能量辐聚，在等深线凸起处能量辐散。因此在等深线凹陷处更容易生成内孤立波。当地形特征宽度的比值从小于1变为大于1时，所生成的内孤立波的波峰线从凹的圆弧形变为直线再变为凸的圆弧形。随着地形特征宽度比值的增大，内孤立波的振幅会减小，其传播方向与潮流方向的夹角会增大。在此海域，仅用K1分潮驱动所生成的内孤立波与M2分潮驱动所生成的波动振幅相当，并且其波峰线长度更长。地形作用会影响内孤立波峰线的扩展，并且会使得内孤立波振幅减小。地形的选择作用会使得内波波束在生成过程朝固定的方向传播。背景层结的变化以及弗劳德数的变化会导致内孤立波生成机制的转变。通过本项研究可以加深对南海西北部海域内孤立波生成机理的认识。