摘要
海洋内潮是具有天文潮周期的海洋内部波动，也称为斜压潮，广泛分布于世界各大洋区或海区。内潮的能量来源是正压天文潮，产生于正压潮与剧烈变化的海底地形（如大陆架边缘、海山、海岭等）之间的相互作用。内潮是驱动海水混合、维系海洋环流的重要能量来源，也会对海洋环境产生多方面的作用，如引起海洋水体和热量的输运、改变海洋流场和温度场的分布格局，影响甚至阻碍海洋工程实施和海洋通航。 南海是热带最大的边缘海，也是内潮活动极为强烈的海区。南海东部的吕宋海峡是强内潮的生成地，内潮产生后向西传播，经过深海盆和陡峭陆坡后进入宽广的北部陆架。南海北部陆架区是内潮性质发生重大变化的区域，也是内潮能量剧烈损耗的地区，内潮在该海域的活动与变化直接影响到海洋生产活动和海洋工程建设。本论文以内潮在南海北部陆架区的时空变化为研究目的，利用大量定点连续观测数据，采用观测研究的方法，在一定程度上揭示和解释了南海内潮的基本特征及其能量在北部陆架区的变化规律。 根据观测海域（东沙岛西侧114° E-117°E间的陆架区）的海流资料分析，水深较深的海区斜压流在流场中占明显的优势地位，而斜压流则呈现显著的日周期振荡，表明全日内潮流为该区域流场的主要成分。根据温盐资料分析，观测海域层化结构的季节差异明显，冬季混合充分，层化最不稳定，上层为低温高盐水，夏季层化最稳定，上层为高温低盐水，密度跃层深度在70m附近。 观测海域内潮活动明显，以全日分量O1、K1分潮为主，半日分量M2、S2分潮次之。内潮的传播方向为东南-西北，即垂直于局地等深线由深水区向浅水区跨陆架传播。内潮流为顺时针旋转流，呈现以第1模态为主的垂向结构，即表层与底层流较强，中层出现流速强剪切。内潮流的强度随海域深度变浅而减弱（区域性分布），并随海水层化稳定性的减弱而减弱（季节性变化）。深水海域内潮所引起的等温线垂向起伏约为几十米，最大振幅超过100m，等温线起伏和内潮流均呈现14天的大-小潮周期变化。 观测海域的内潮以第1模态成分为主，但高模态成分不可忽略，分析结果显示稳定层化有利于维系高模态内潮波的传播，浅水作用也会导致能量由低模态向高模态转移。内潮的水平相速及波长随模态数的升高而降低，随跨陆架方向的传播而降低，随海水层化稳定性的减弱而降低，全日内潮(O1、K1)的水平相速和波长大于半日内潮(M2、S2)。观测海域全日内潮第1模态的最大水平相速约2.0m/s（O1分潮），相应波长接近200km，最小水平相速小于0.5m/s，相应波长不足20km;半日内潮第1模态的最大水平相速约1.5m/s，相应波长超过60km，最小水平相速约0.15m/s，相应波长约7km。内潮群速的大小随模态数的升高而降低，随跨陆架方向的传播而降低，随海水层化稳定性的减弱而降低，全日内潮(O1、K1)的群速小于半日内潮(M2、S2)。观测海域全日内潮的最大群速约为1.0m/s，半日内潮的最大群速约为1.3m/s。 内潮的能量密度随时间变化显著，存在不稳定和间歇性的特点，并存在区域性和季节性差异。陆架边缘区全日内潮能量密度的时间变化可呈现14天的大-小潮周期，并以第1模态能量为主，观测到全日内潮的日平均能量峰值可达15kJ/m2，观测期内的平均能量达10kJ/m2，半日内潮的日平均能量峰值可达3kJ/m2，观测期内的平均能量达2kJ/m2;陆架浅水区全日内潮能量密度随时间变化的不稳定性增强，第1模态能量在总能量中的比例减小，或与第2、3模态能量相当;半日内潮的能量多呈现多模态结构且稳定性较低，各模态能量在总能量中所占的比例会随时间发生较大变化，极少呈现14天的大-小潮变化周期。内潮损失能量的重要原因是其引起的湍流耗散，观测到的内潮所导致的最大耗散率为1.30×10-5W/kg，表明内潮可引起非常强烈的混合效应。 内潮能量流随时空变化的趋势与能量的变化趋势相同，但由于在内潮传播过程中其能量流的衰减是在能量衰减的基础上叠加了群速的减小，因此能量流的衰减速度远超能量的衰减速度。第1模态内潮的能量传输在夏季最为迅速和稳定，在冬季则最为缓慢并损耗显著，半日内潮的能量比全日内潮小但能量的传输速度相对较快。观测到的第1模态全日及半日内潮能量流最大值出现在陆架边缘区，分别达到8kW/m2和接近2.5kW/m2;第1模态全日及半日能量流最小值出现在陆架浅水区，分别小于3W/m2和2W/m2。
NETL