内潮传播演化过程中与地形相互作用的实验研究

Internal tides (ITs) are one of the most important steps in energy cascade, which play a key role in ocean mixing. ITs are generated when barotropic tidal current flowing over the topographies in stratified ocean, with energy transferred from barotropic tides to baroclinic tides. The beams of ITs radiated from the generation site, and the low-mode ITs can propagated long range and reach the continental margins. Therefore, a key question is that how ITs dissipate during propagation. The interaction between ITs and the topographies is the main approach for energy dissipation. Based on the experimental platform of the Key laboratory of Physical Oceanography, Ocean University of China, we aim to perform a series experiments to investigate the interaction between ITs and the topographies systematically, including the interaction between beams of ITs and seamounts, the interaction between low-mode ITs and seamounts and the interaction between low-mode ITs and continental margins. In this project, we intend to reveal the characteristic and energy distribution during the process and discuss the structure, strength and mechanism of the mean flow induced by ITs when they interact with topography, which contributes to improving the parameterization on wave-mean flow energy transformation.

内潮是海洋能量级串中的重要环节，在海洋混合中发挥着重要作用。层结海洋中正压潮流经过变化地形生成内潮，将能量从正压潮传递到内潮。内潮从生成源地以射线形式向外辐射，可以在海盆中长距离传播并最终到达陆架浅水区，这一过程中一个重要科学问题就是内潮的能量是如何耗散的。内潮与地形的相互作用是其能量耗散最主要途径。本项目依托中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室的室内实验平台，通过开展系统性的实验对内潮与地形的相互作用进行研究，包括内潮射线与海山地形的相互作用，低模态内潮与海山地形和陆架地形的相互作用，揭示内潮与不同地形相互作用的特征及能量分配规律，探讨内潮与地形相互作用诱导平均流的结构、强度与机制，为提出波-流能量转化的参数化方案奠定基础。

内潮是具有天文潮频率的内波，在全球海洋中广泛存在，是海洋能量级串中的重要环节，在海洋混合中发挥着重要作用。内潮与地形的相互作用是全球海洋中内潮能量耗散最重要的途径。本项目开展了低模态内潮与陆架地形、内潮射线与海脊地形、内潮与三维地形等相互作用过程的系综研究。结果表明：.（1）低模态内潮与陆架地形作用过程中，能量由低模态向高模态和高次谐波转化，内潮在陆坡底层诱导出明显的平均流，产生向岸的净输运。平均流的强度受地形高度和临界度影响。平均流由内潮在近底层的剪切耗散所致，其强度与内潮的剪切之间存在线性关系。.（2）三波共振是内潮射线与海脊地形发生非线性相互作用过程中能量局地耗散的有效途径，近临界与超临界地形有利于三波共振的发生。背景流通过改变有效科氏参数，对内潮的三波共振过程有显著的调制作用，加强了局地能量耗散。.（3）地转效应在内潮生成和局地能量耗散的过程中存在不可忽视作用，科氏参数接近内潮频率的一半时内潮能量会向近惯性波转移，并通过非线性波波相互作用显著增强内潮能量的耗散。在深层海洋，内潮局地能量耗散率随科氏参数的变化近似满足高斯函数，在近临界纬度处耗散率最强。我们基于地转实验结果提出了一项考虑地转效应的内潮混合参数化新方案。.（4）通过理想实验，评估了三种分离内潮撞击陆坡地形的入射波与反射波信号的方法，为内潮实验室物模实验的开展提供了理论方法的支撑。.（5）内潮在南海北部陆架陆坡区三维地形上的传播演化过程中，自吕宋海峡向西传播的低模态K1内潮在陆坡区反射后形成两束反射波。较强的反射波向东南传播，较弱的向正东传播，反射波呈现多模态结构。