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内潮是具有天文潮周期的发生于层化海洋内部的波动,主要产生于正压潮与剧烈变化的海底地形之间的相互作用,其广泛分布于世界各大洋或边缘海,是驱动海水混合、维系热盐环流的重要能量来源,对海洋生态环境、海洋工程设施和海洋军事活动等有重要影响。 吕宋海峡是世界著名的强内潮源区,产生的内潮会向西传入南海,因而南海北部尤其是紧邻吕宋海峡的东北部是内潮活动频繁、研究热烈的海区。相对而言,千公里外的南海西北部的内潮研究仍不多见。 本文遂以南海西北部的内潮为研究对象,基于多个定点海流连续观测资料揭示了琼东、粤西和西沙群岛海域的内潮流基本结构和特征,弥补了长期以来对南海西北部内潮缺少观测研究的窘境。同时利用一个潮-流耦合数值模型对南海西北部各典型海区的内潮能量收支问题做了详细的定量分析,得到以下主要结论: (1)琼东海域以全日内潮为主,潮流矢量多为顺时针方向旋转。近岸浅水海域的最大内潮流速大于陆坡,夏季时个别站点最大内潮流速可接近10cm/s。椭圆倾角在不同站位间有较大差别,表明内潮在琼东陆架传播方向的不一致性。陆架上的全日和半日内潮流在夏季最强。陆坡海域的内潮主要表现为高阶模态的垂向分布特征,其中北部湾口陆坡的全日内潮椭圆倾角上下一致为西北-东南走向。 在季节内的时间尺度上,全日内潮多以相干分量为主,半日内潮主要为非相干分量。显著的全日相干内潮动能常具有明显的大-小潮周期变化。北部湾口陆坡站点(Q4)的垂向积分全日内潮动能最强,神狐暗沙西侧陆坡站点(Q6)的半日内潮动能最强。 各站内潮波的相速度、群速度和水平波长没有一致的季节变化规律,共同点是陆架海域冬季内潮波的传播速度和波长均最小,暗示冬季内潮很难在琼东陆架上传播。夏季时,一阶斜压模态的全日内潮波水平相速度在0.4~0.7m/s间,波长为几十公里;半日内潮波传播速度在0.35~0.55m/s间,波长为十几到二十几公里。全日内潮能量最大的北部湾口陆坡海域冬季O1分潮第一斜压模态水平相速度最大,为2.32m/s,波长达215公里。夏季的海南岛东北(Q1)、南部(Q3)以及冬季北部湾口陆坡海域的全日内潮能量主要集中于第一模态,夏季海南岛东部(Q2)的全日内潮主要为第二模态。 (2)粤西陆架之上的全日内潮流显著大于半日内潮流,全日内潮椭圆倾角以西北-东南向倾斜为主,流速矢量均为顺时针方向旋转,最大内潮流速达9.1 cm/s。夏季的内潮能量强于秋季,尤以全日内潮最明显,相干全日内潮在夏季的显著增强是主要原因,其在夏季可占全日内潮总动能的69%,且具有明显的大-小潮周期变化。半日内潮以非相干成分为主,所占比例高达80%。夏季O1内潮第一模态的相速度为0.77m/s,波长为71km,秋季上述特征均非常小。夏季全日内潮以第一斜压模态为主,秋季能量主要集中于第二模态。 (3)西沙群岛海域观测的全日内潮流显著强于半日内潮,夏季全日内潮流速矢量主要是顺时针方向旋转,椭圆倾角以东-西或东北-西南方向为主。夏季K1内潮明显强于O1内潮,春季二者相当。非相干内潮运动在内潮动能中占主要部分。夏季的内潮平均动能强于春季,且能量峰值多出现于夏季。尽管全日内潮平均动能显著强于半日内潮,半日内潮的动能峰值不比全日内潮小。全日内潮的大-小潮周期变化较显著,半日内潮则不显著。 (4)北部湾口陆坡海域作为全日内潮的主要源地,分别有1.27和1.39GW的全日内潮于冬、夏季生成,然后向东南外海辐射,O1大于K1。中沙群岛海域存在显著的正压K1分潮转化率,但产生的绝大多数能量会在局地耗散掉。西沙群岛海域冬季外海传入的全日内潮能量较大,夏季局地产生的全日内潮能量较大,能通量传播路径均从中沙群岛向西进入西沙群岛。神狐-一统暗沙海域内潮能通量传播方向为跨陆坡向陆架传播,其为沿南海北部陆坡向西南传播的能通量转向西北而成。其中,传入该海域的全日内潮能量大于局地产生的,半日M2内潮则相反。琼东海域产生、传播和耗散的内潮能通量均较弱。夏季在粤西陆架和北部湾口陆架有比冬季显著得多的内潮能通量跨陆架向浅水传播。