南海北部内孤立波的二维数值模拟研究

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通过卫星图像和现场观测等手段,发现内孤立波主要集中出现在我国南海北部,且出现频率高、振幅大、能量强且持续时间长,会对该地区的潜器航行、海洋工程结构及水下声学活动造成巨大的影响。本文采用非静力的MITgcm模式,基于N-S方程,采用正压潮流驱动法,人工阻尼消波方法,建立了二维内孤立波的生成和传播数值模型。基于南海西北部的真实自然环境条件,通过与已发表的数值模拟结果对比,验证了本文所建立的数值模型对于研究内孤立波的生成和传播过程的准确性及适用性。利用该模型模拟了南海北部内孤立波的生成和传播过程,研究了各参数对内孤立波的影响。采用南海北部吕宋海峡处的实际双海脊地形数据和基于WOA18数据集的真实温度和盐度条件,根据TPXO7.2模型提取的潮汐数据,研究不同潮流强度下,内孤立波生成和传播情况。根据内孤立波的生成和演化过程,可将模拟区域划分为双脊生成区域,深海稳定传播区域和大陆架传播演化区域。结果表明,该海域的内孤立波的生成机制主要为混合山后波机制。当潮流强度在0.03m s-1-0.09m s-1之间变化时,潮流与双海脊互相作用生成了内孤立波;随着潮流强度减弱,内孤立波主要由双脊处激发的山后波在传播过程中与大陆架地形互相作用生成;当潮流强度继续减弱到0.01m s-1时,该海域没有明显的内孤立波生成。通过各工况对比发现,用于驱动的潮流强度越大,所生成的内孤立波的振幅越大,传播速度越快且内孤立波在传播过程中的发育速度越快,分裂的孤立子越多。在此基础上,通过简化的大陆架地形和高斯分布所描述的双海脊地形,模拟分析了海脊参数、海水层结、科氏力参数和黑潮强度等因素对内孤立波生成演化的影响。结果表明,东脊对内孤立波的生成起主导作用,西脊能增加内孤立波的非线性程度。海脊高度的增加会促进内孤立波的生成,而海脊宽度的减小和海脊距离的改变会削弱内孤立波的生成。在冬季,海水层结的变深变弱会抑制内孤立波的生成。科氏力的增加会抑制内孤立波生成,当科氏力达到临界值时,模拟区域中无内孤立波生成。黑潮强度的增加会抑制内孤立波的深化和裂变过程,减小内孤立波的振幅,但所生成内孤立波的传播速度更快。
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