南海北部海水垂向层化结构的季节性变化对内孤立波的影响

Satellite images and observations show that the internal solitary waves in the northern South China Sea have an obvious seasonal variation. Through the establishment of a continuously stratified nonhydrostatic internal solitary wave numerical model based on the analysis of the measured data and satellite remote sensing data, we wish to study the effect of the seasonal variation of seawater vertical stratification structure on internal solitary waves in the northern South China Sea. First of all, we will extract the characteristic information of the seawater vertical stratification structure and the internal solitary waves from the observations and satellite data and study the seasonal correlation between them. Secondly, we will establish the continuously stratified nonhydrostatic internal solitary wave numerical model. The numerical model will be run with different seasonal seawater stratification in several sections in northern South China Sea and it will be debuggeg and verified by the observed internal solitary wave data. Based on the numerical model,we further study the effect of the seasonal variation of seawater vertical stratification structure on the generation, propagation and evolution of the internal solitary waves in the northern South China Sea. Finally, we study how does the seasonal variation of seawater vertical stratification structure affect the energy conversion from barotropic tide to internal solitary waves and reveal the baroclinic energy conversion rate and partition of the baroclinic energy of internal solitary waves.. The study can deepen the understanding of the law of the spatial and temporal variation of the internal solitary waves in the northern South China Sea and the law of its generation, propagation and evolution.

卫星图象和观测资料显示南海北部内孤立波存在着明显的季节性变化。基于对实测资料和卫星遥感资料的分析，本项目拟通过建立一个连续分层非静力内孤立波数值模式研究海水垂向层化结构的季节变化对南海北部内孤立波的影响。首先，从观测和卫星资料中提取海水垂向层化结构以及内孤立波的特征信息并对它们的季节相关性进行分析；其次，建立连续分层非静力的内孤立波数值模式，以不同季节海水层结为背景在南海北部多个剖面驱动模式，并以实测内孤立波资料为参考调试并验证模式，进一步研究海水层化垂向结构季节变化对内孤立波生成、传播和演变特征的影响；最后，分析海水垂向层化结构的季节变化如何影响正压能向内孤立波斜压能的转化，揭示南海北部内孤立波斜压能的转化率以及内孤立波斜压能量分配的变化特征。. 通过本项研究可加深对南海北部内孤立波时空变化规律及生成、传播和演变规律的认识。

卫星图象和现场观测资料显示我国南海北部内孤立波存在着明显季节性变化、而且其形态变化多样。该项目基于卫星数据及现场数据的分析，并结合模式及理论分析开展了如下三个方面内容的研究：.一、通过自行建立的一个基于涡量流函数形式的内孤立波数值模式，研究了上层水体层化结构变化对第一及多模态内波及内孤立波的影响。结果指出，即使在次临界地形下，上层海水层化的增强依然可以有效的促进内波束中高模态斜压组分及高模态内孤立波的形成，并指出，随着上层水体层化的增加，内波束中高模态组分增加，内波束远离地形的传播距离变远，内波束中辐射出来的第一、二模态内孤立波交替出现。指出Ramp等（2012）于2010年夏季在南海东北部吕宋海峡海脊的源地处所观测到的较强背风型第二模态内孤立波则实际上有可能受制于夏季较强的上层水体层化变化。.二、基于SAR及卫星高度计观测的联合分析方法，发现了南海东北部深海海盆区域一类受到中尺度涡旋影响的内孤立波波峰线扭曲现象。之后，通过三维非静力MITgcm数值模式的模拟，系统地阐明了此类扭曲现象形成的动力过程及在此动力演化期间内孤立波特征及能量变化规律。研究指出，考虑了中尺度涡旋效应的数值模式可以进一步改进南海北部内孤立波振幅的预报精度。除扭曲现象外，本研究发现在波峰线后方及两侧还有三类次级内波形成，并且，反气旋涡作用下形成的内重力波最终能够演化为一个波峰线较短的整齐列队式的次级内孤立波波包。.三、揭示了我国南海东北部在东沙岛以东约50公里处跨越深海海盆传播的内孤立波波峰线扭曲以及变宽现象的形成机制。通过非线性射线跟踪模型（NRM）的分析，指出南海东北部内孤立波波峰线的扭曲现象并不像传统观点所认为的那样由局地缓变地形变化所致，研究结果纠正性地指出其是由于南海东北部深海海盆的背景中尺度涡旋所导致。进一步，指出此东沙岛以东内孤立波波峰线的变宽现象是由于地形的不均匀性引起的内孤立波沿着波射线演化行为的差异所导致。