海南岛周边海域台风风暴潮-海浪耦合作用机理研究

本文使用ADCIRC+SWAN耦合模式,针对海南岛特殊地形,建立了基于非结构网格的高分辨率风暴潮-海浪耦合模型。针对在海南省造成严重风暴潮灾害的0518号台风“达维”,开展台风期间风暴潮-海浪耦合与非耦合数值模拟实验,探讨了水位、流场对波浪的影响和台风特征参数对海南岛台风风暴潮与波浪耦合效应的影响。结果表明:(1)水位影响在近岸浅水区主要表现为使台风浪的有效波高增加;(2)当风向、流向与平均波向之间夹角为锐角时,流场作用使有效波高降低,当流向与平均波向之间夹角为钝角时,流场作用使有效波高增大;(3)波浪耦合效应对风暴潮的影响是不可忽视的,贡献率约在14.2%;(4)当台风强度达到55 m/s或台风尺度达到50 km,波浪增水效应基本达到饱和。本文的研究对台风风暴潮高质量数值模拟预警及保障沿海地区生产生活有重要意义。

基于潜标观测的南海北部陆架海域内潮时空变化特征

为加深对南海北部陆架区域内潮特征的了解,本文利用位于南海北部陆架海域的2套潜标观测资料,研究了南海北部油气区内潮的时空变化特征。通过提取斜压流速并滤波后发现,LF2站位内潮较强,内潮最大流速为8.32 cm·s^(-1),出现在水下290 m深度处。小波分析和能量诊断结果显示,上述2个潜标观测到的半日内潮能量比全日内潮能量整体上小1~2个数量级。LF2站位处全日内潮以第二模态为主,半日内潮以第一模态为主;LH2站位处的全日内潮以第一模态为主,半日内潮则第一和第二模态并重。上述2个潜标测站全日内潮传播方向接近正N向、半日内潮传播方向多为NW向,但在10月中旬LF2站位处半日内潮传播方向由NW向变为NS向,LH2站位处全日内潮方向由正N向变为NE向。分析实测背景流发现,10月中旬内潮传播方向的改变可能与背景场的变化有关。本文的结果将有助于加深对陆架区内潮的时空特征的认识,促进对南海北部油气区内波时空变化机制的了解。

陆丰海域秋季第一模态内孤立波观测特征分析

南海北部内孤立波异常活跃,具有极强的非线性、极高的强度和极大的能量,其传播特性和精细结构在背景过程影响下更加复杂,加剧了内孤立波预报和海上石油平台作业的难度。基于南海北部陆丰海域295 m水深处一套潜标连续79 d的观测资料,分析了秋季内孤立波的波动特征和统计规律。典型内孤立波表现为波列的形式,头波振幅达86.7 m,在海洋上层导致局地增温超过8.0℃,并诱发最大达0.83 m/s的西向流和0.60 m/s的北向流,在波前产生最大达0.25 m/s的下降流。对观测期间捕捉到的91个内孤立波统计分析表明,内孤立波主要沿WNW方向传播,平均振幅为59.9 m,在海洋上层诱发的最强西向流速平均值为0.79 m/s;在天文大潮时期,内孤立波在04:00至06:00和16:00至19:00频繁出现,且农历初二至初五和十六至十八期间经过陆丰海域的内孤立波具有更大的强度。此外,全日内潮与半日内潮共同作用下压了温跃层,导致典型内孤立波中形成了1个上凸波动,其在近底层导致局地降温达1.3℃,并诱发超过0.30 m/s的西向流和0.20 m/s的北向流;该上凸波动陡峭的波前汇聚了强剪切,极易触发剪切不稳定。本研究结果可为陆丰海域海上石油平台施工、勘探船作业等提供重要参考。

南海东北部中尺度涡对海表叶绿素a浓度的影响规律研究

基于南海东北部1998~2019年的多源卫星遥感数据和风场再分析数据,较系统地分析了南海东北部涡旋内部叶绿素a浓度的分布特征,通过量化统计和涡心坐标系参数合成等方法探究了中尺度涡对叶绿素a浓度变化的影响规律及潜在机制。结果表明:(1)南海东北部约有60%的中尺度涡旋内部存在叶绿素a浓度增加和减少的现象。(2)南海东北部中尺度涡内部叶绿素a扰动受到涡旋抽吸和涡致Ekman抽吸机制的共同调控,其中约有38%(39%)的暖(冷)涡内涡旋抽吸的贡献更大, 21%(24%)的暖(冷)涡内涡致Ekman抽吸的贡献更大。(3)南海东北部中尺度涡生命周期内的海表叶绿素a浓度变化存在显著的阶段性差异,在冷暖涡的生成期,涡旋抽吸的作用更为显著,而在冷暖涡的顶峰和消亡期,涡致Ekman抽吸的作用更为明显。上述研究结果有助于理解南海东北部初级生产力对中尺度涡的响应过程与机理,对认识海洋物理-生物耦合过程具有一定的参考价值和研究意义。