南海北部陆架波观测与分析

The continental shelf wave is a kind of low frequency oscillation phenomenon occurring in the continental shelf. China has wide continental shelves, so conducting the observation and study of continental shelf waves is of significance for understanding the dynamical features of the coastal ocean and for developing more precise marine prediction model. This proposed project chooses the continental shelf in the northern South China Sea as a test area and combines theoretical analysis with observations to reach key scientific objectives. Guided by the theoretical analysis, we will conduct the mooring measurements, gauge station observations and cruise investigations of temperature, salinity, current and sea level using advanced instruments. We will analyze the long time series of satellite remote sensing data, such as high resolution sea surface wind data, altimeter data, synthetic aperture radar data, sun glint data and sea surface temperature data, using newly developed data analysis methods. The project aims at studying the continental shelf waves induced by tropical cyclone and winter storm, revealing their spatial distribution feature and vertical structure, and examining the subtidal dynamics in the continental shelf of the northern South China Sea and its role in the numerical simulation of sea level. It is expected to obtain original results on the generation mechanism of continental shelf waves and on the continental shelf dynamics.

陆架波是发生在陆架海区的低频海洋波动现象。我国近海陆架宽广，开展陆架波调查研究对于认识近海动力特征，从而发展精准海洋预报模式具有重要意义。本项目以南海北部陆架海域为研究区，采用理论分析与现场实测相结合的技术路线，在理论分析指导下，应用高精度的先进海洋调查仪器，进行温、盐、流、水位等多参数的锚系潜标观测、台站观测与大面观测；结合多种卫星遥感手段，采用新近发展的资料分析方法进行长时间序列、高分辨率的海面高度、风等卫星遥感资料及太阳耀斑遥感图像的分析；对南海北部陆架海域由热带气旋和寒潮激发的陆架波现象进行深入观测研究，揭示南海北部陆架波的空间分布及其垂向结构特征，阐明南海北部陆架海域在亚潮频段的动力学特征及其对水位模拟的影响。预期在陆架波发生机制与陆架动力学特征研究方面可取得创新性的研究成果。

本项目通过组织或参加国家基金委的一些共享航次或航段，获取了南海北部及其邻近海域温、盐、流、水位等要素的实测资料，辅以多种卫星遥感资料（如海面高度等）和中国东南沿岸部分台站潮位的观测资料，以及多个模式的数值计算结果，利用小波变换、交叉小波变换及EEMD分解等多种先进的数据处理与分析方法，提取南海陆架波的信息，并对南海海域热带气旋、寒潮及其所激发的陆架波进行更为深入的研究，揭示了陆架波在南海的分布变化特征以及热带气旋对陆架波形成的作用，还结合理论分析、长时序锚系海流观测资料等探讨南海北部陆架波的频散关系、波-波相互作用特征等。主要结果表明：（1）南海北部海面高度对台风的响应为单峰的孤立子陆架波，其平均振幅为34±6cm，由深海区向陆架区传播时演变为1个大振幅的前导孤立子和后继的数个小振幅波动所构成的波包。（2）2008年冬季强寒潮引起了3次海面水位振荡事件，海面水位振荡周期呈双峰或单峰结构，水位振荡信号由浙江沿岸南向传播到广东沿岸。（3）将卫星高度计沿轨数据应用到陆架波的观测中，得出陆架波一阶模态为主要模态，能量集中在距离海岸250 km以内的陆架区域。（4）热带气旋通过直接强迫和遥作用可以引起周期为45—80h和110—130h两个频段的陆架波信号。（5）南海北部陆架海区可同时观测到日潮频段、近惯性振荡、差频信号和陆架波信号，波—波非线性相互作用的机制可解释日潮频段信号和差频信号的出现。本项目已发表研究论文22篇（均有标注），其中21篇论文已在SCI刊物上发表并被收录，还有数篇论文待刊或审理中。本项目执行期间，主要成员与国外合作者开展了实质性的科研合作，多次参加国内外学术研讨会，还有多名研究生、博士后参与本项目的部分研究工作，促进了国际合作与人才培养。因此，本项目的研究达到了预期目标，在陆架波理论分析、卫星高度计沿轨数据提取陆架波信号等方面取得了一些有创新特色的研究结果。