南海西北部陆架潮频内波生成过程的数值模拟

论文摘要

我国南海海水运动复杂、海底地形多变,是内波的多发区域。目前关于南海内波的报道、观测和研究主要集中在Luzon海峡到南海东北部东沙群岛附近海域。2005年4月16日始,中国科学院海洋研究所和中国海洋石油总公司联合在海南岛东部的文昌站进行了为期近半年的连续定点海洋调查,观测资料清楚地表明,这一海域陆架上长期存在着比较规则的潮频内波现象。从航天图片和SAR卫星图片上捕捉到的信息来看,南海西北部陆架上(文昌站附近海域)有些潮频内波并非从Luzon海峡传播而来,而极有可能是局地正压潮与陆坡作用生成的。本文用数值模拟的方法来证明这一观点。首先,我们从Reynolds方程组出发,用差分方法和有限元方法建立了一个连续层结海水中正压潮与海底地形相互作用生成潮频内波的二维非线性数值模式。我们用该模式研究了正压潮流流经下降地形、上升地形、凸起地形、凹陷地形等几种典型的海底地形时生成内波的过程,探讨了该数值模式中各个参数对生成内波的影响。然后,我们从文昌站海洋科学调查的温盐深数据资料中提取了该海区的密度、跃层厚度和强度等海洋环境参数;用调和分析法从海流流速、流向数据中提取了正压潮潮流成分及各潮流分量的速度、振幅、方向等与数值模式相关的信息。我们把这些从实测资料中提取出的海洋环境和潮流信息应用到内波生成的非线性数值模式中,模拟了文昌站附近海域正压潮流与陆坡作用生成内波的过程。模拟结果表明,南海局地潮流与陆坡作用足以生成能够被SAR捕捉到的大振幅内波。从而我们可以断定,南海西北部陆架上有些潮频内波是天文潮与陆坡作用生成,然后传播到陆架上的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 内波
• 1.1.1 内波的产生和基本性质
• 1.1.2 内波的研究意义
• 1.2 潮致内波
• 1.3 内潮与孤立内波
• 1.3.1 内潮
• 1.3.2 孤立内波
• 1.4 南海内波
• 1.5 潮致内波生成模式的研究状况
• 1.5.1 潮致内波生成的解析模式
• 1.5.2 潮致内波生成的数值模式
• 1.6 本文的主要工作
• 第二章 内波生成的线性模式
• 2.1 用单一变量表示线性大洋内波的控制方程
• 2.2 余弦地形生成内波
• 2.3 弱地形假设下内波的生成问题
• 2.4 本章小结
• 第三章 内波生成的非线性数值模式
• 3.1 密度与Brunt-Va|¨isa|¨la|¨频率分布
• 3.2 控制方程与边界条件
• 3.3 差分格式与有限元方程
• 3.3.1 对关于Ω的抛物型方程差分
• 3.3.2 对关于Ψ的椭圆型方程建立有限元法方程
• 3.3.3 对关于v的抛物型方程差分
• 3.3.4 对关于ρ的抛物型方程差分
• 3.4 初始条件与边界条件的差分
• 3.5 本章小结
• 第四章 数值模拟与结果分析
• 4.1 下降地形
• 4.2 上升地形
• 4.3 凸起地形
• 4.4 凹陷地形
• 4.5 敏感性分析
• 4.5.1 地球旋转效应的影响
• 4.5.2 涡旋黏性系数和湍流扩散系数的影响
• 4.5.3 地形的影响
• 4.5.4 密度跃层强度的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 文昌站潮流特征分析
• 5.1 温度时间序列功率谱分析
• 5.2 正压与斜压运动
• 5.2.1 斜压海流平均值及标准差的垂向分布
• 5.2.2 动能分布
• 5.2.3 潮流调和分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 文昌站潮频内波生成过程模拟
• 1分潮的实验'>6.1 开边界给定O₁分潮的实验
• 1分潮的实验'>6.2 开边界给定K₁分潮的实验
• 2分潮实验'>6.3 开边界给定振幅不同的M₂分潮实验
• 2混合潮的实验'>6.4 开边界给定K,M₂混合潮的实验
• 1,K₁,M₂混合潮的实验'>6.5 开边界给定O₁,K₁,M₂混合潮的实验
• 6.6 讨论
• 6.7 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 中英文词汇对照表
• 发表文章目录
• 致谢