论文摘要
正压潮在地形上传播生成内潮以及内潮的演变过程与地形、层化和潮流息息相关。为此，本文对地形、层化和正压潮对内潮的影响进行了分析。在此基础上，还研究了吕宋海峡和南海陆架陆坡的内潮的季节变化和海水混合的关系。首先解析结果表明弱地形（本文中只研究了正弦地形）下，当地形波数和某一斜压模态的水平波数相同时，会发生潮地共振，地形上产生的共振内潮的振幅的最小值从地形中间一直增长到地形两侧，而最大值在地形上保持不变。在地形左侧的共振斜压模态的振幅随着地形长度的增加而增加，而非共振模态的振幅非常微弱，随着地形长度的增加有周期的变化，即当地形长度是第一模态波长的整数倍时，振幅为零。数值模拟结果表明，共振模态的内潮随着地形长度的增加，扰动压强的位相与正弦地形的位相逐渐吻合，地形上的转化率一直为正值，从而共振模态一直从正压潮和地形的相互作用中获取能量，因而转化率会随着地形长度的增加而增加；非共振模态随着地形的增加，扰动压强的位相逐渐变得不规则，地形中部的转化率接近零，在某些位置转化率还出现负值，因而内潮不能从潮地作用中获取能量。内潮的模态结构不仅取决于生成过程，还受传播过程中内潮和地形的相互作用的影响。数值实验的结果表明正压潮和正弦地形作用产生的内潮模态的形成一方面来自共振（正压能转化为斜压能），另一方面来自散射（斜压模态之间的转化）。研究还表明，内潮和地形作用，不仅会产生散射，而且还会产生共振，这两者都可以导致内潮能量的模态转化。另外，当地形和层化条件不满足散射和共振条件时,内潮和地形相互作用就不会产生模态的转换。其次，在高斯地形中，随着地形高度增加和地形变窄，地形周围的斜压流场从低模态结构变为波射线结构。在低矮的高斯地形中，随着正压潮流的增大，斜压流场结构基本不变，在高窄的地形中，随着正压流速的增大，非线性增强，斜压流场变得混乱。当存在东西两个高斯地形且正压潮流较强时，西侧的地形有利于加强向西传播的内孤立波。实际地形的二维数值模拟实验研究了南海北部21°N断面的K1和M2内潮生成、传播和相互作用的季节变化特征。结果表明吕宋海峡和南海北部陆架、陆坡区生成的M2和K1内潮夏季大于冬季。对于K1内潮来说，南海北部陆坡区和吕宋海峡西部海山大部分为超临界地形，因此，生成的部分K1内潮会在这些地形处反射回南海深水海盆，它们被捕陷在海盆内，形成驻波或者部分驻波。与K1内潮不同，对于M2内潮来说，南海北部陆架、陆坡区大部分为亚临界地形，因此，从吕宋海峡传来的绝大部分的M2内潮一直沿陆坡传向陆架；南海北部陆架、陆坡生成的少量M2内潮也有一部分会向东传播，并可能会与吕宋海峡传来的内潮在海盆中辐聚，形成少量的部分驻波。夏季，被捕陷在海盆内的K1内潮的部分驻波以第二、三模态为主，高模态（第五模态以上）的K1内潮的能量密度在海盆中占15％～20％，而冬季部分驻波以第一、三模态为主，高模态的K1内潮的能量密度在海盆中占20％～40％。K1内潮的驻波分布情况和K1内潮在陆坡处的反射有关，而内潮反射与各模态的位相有关，夏季第一、二模态的K1内潮的位相差比冬季接近同相，故冬季K1内潮的反射率大。K1内潮的辐聚和高模态K1内潮都将导致垂向形成高剪切，而冬季海盆中的高模态能量所占比例远大于夏季，这意味着冬季内潮引起的南海深层混合强于夏季。三维数值模拟结果表明吕宋海峡是南海内潮的主要生成源地，90％以上的K1和M2内潮都生成于吕宋海峡。其中，西侧海脊是M2内潮最大的生成源地，而东侧海脊中部则是K1内潮最大的生成源地。K1和M2内潮的生成的季节变化是海水层化的季节变化和地形作用共同影响的结果。在发生内潮共振的地形处，当层化的改变有利于共振的发生时，内潮转化率就会比较大，反之，若层化的变化削弱共振，即使层化是增强的，内潮转化率也不一定增加。吕宋海峡还是内潮的主要耗散区，33％左右的生成的K1内潮和50％以上的生成的M2内潮在吕宋海峡局地耗散。M2正压潮传入南海后其中一个分支向东北传播与台湾西南的陆架陆坡发生作用，故台湾西南部的陆架陆坡处也有比较明显的M2内潮的生成和耗散。总体说来，在研究海区中，冬季K1和M2内潮的生成和耗散都强于夏季。吕宋海峡的双海脊地形的特点，有利于K1和M2内潮在吕宋海峡传播时形成显著的驻波和半驻波。在整个研究海区，冬季的驻波和半驻波比夏季范围广泛。在南海海盆中，K1内潮第一模态驻波和半驻波主要分布在海盆周围，而第二模态的驻波和半驻波主要分布在海盆中间；M2内潮第二模态驻波和半驻波比第一模态分布广泛。