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吕宋海峡是南海与西北太平洋水交换的最主要通道,动力学过程复杂,是目前南海环流动力学的重点研究海域。在该海区,台风频繁过境对上层海洋产生强烈扰动。而目前,关于吕宋海峡附近海域上层海洋对台风响应过程的研究还十分缺乏。本文利用2008年8月份在吕宋海峡西南侧海域布放的深水潜标所获得的为期一个月高频采样的ADCP数据,研究了观测海域的流场结构,分析了两次台风过境引起上层海洋流场调整的过程,并用一个概念模型探讨了台风引起上层海洋近惯性振荡形成的主要动力机制。
主要研究结果如下:
1)通过统计分析得到本次观测期间吕宋海峡西南侧上层海洋流场的整体趋势为东北向流,上层海洋垂向平均流表现出不规则全日潮的特征,基本分潮和流场结构与前人的观测和模式结果大致吻合。潮振幅在垂向的分布表明内潮振幅在温跃层最大,随着深度的增加流速和分潮振幅值逐渐减小。
2)台风过境期间上层流场响应过程表明,台风的直接影响限于海洋表层60m,由于台风的快速移动,表层流的调整主要发生在台风过境之后。过境台风会造成局地暂时性的海流异常,造成与正常状况下迥异的出入流。数值同化结果显示,在吕宋海峡这样的敏感区域,过境台风会显著地影响吕宋海峡的水交换,将南海内部的海水输送至西太平洋。台风强迫下的上层海洋会出现无法用海面高度和地转平衡解释的异常流场。
3)对观测数据进行了分层及分时段的谱分析,结果表明观测海域在台风“NURI”过后海洋垂向各观测层次上均不同程度的出现了近惯性运动的信号。台风所引起的表层近惯性振荡,不仅可以影响到混合层流场,还可以穿过温跃层传播到更深层次,其垂直响应尺度很大。各层的能量分布还显示近惯性运动在垂向上存在着传播。其中300-350m层次存在的近惯性振荡可能是由于局地的流场剪切造成,这种因背景流场造成的稳定近惯性振荡现象已在世界范围内多次观测到,并值得进一步重视研究。700-1000m层次也存在明显的近惯性信号,并有着能量密度随深度而增加的趋势,可能是近惯性信号在向深海传播过程中的波一波相互作用使能量向低频转移所致。
4)利用Pollard和Millard(1970)的平板模式模拟了台风所导致的上混合层内的近惯性运动。模拟流场得到的近惯性振荡在振幅和频率上都与观测结果比较吻合。说明台风作用下的近惯性能量是大气强迫场与海洋中的惯性振荡作用的结果。
上层海洋对台风的响应过程复杂多变,与多种因素相关。吕宋海峡邻近海域流况复杂,多发的中尺度涡等背景流场对台风所引起的流场变化起着独特影响。下一步工作需加强数据分析方法,结合多年观测资料就台风与局地流场耦合进行过程研究,并就近惯性振荡的向下能量传播进行机制研究。本项工作对海洋中波-波相互作用导致的海洋内部混合,非线性作用下的能量转化有重要意义。