陸架陸坡區(qū)內(nèi)孤立波的演化：理論分析與數(shù)值實驗研究.pdf

1、海洋內(nèi)波是發(fā)生在密度穩(wěn)定層化的海水內(nèi)部的一種波動，其最大振幅出現(xiàn)在海洋內(nèi)部，波動頻率介于慣性頻率和Brunt-Vaisala間。經(jīng)常觀測到的一種特殊的內(nèi)波就是內(nèi)孤立波或者稱為內(nèi)孤立子，是一種自然界中常見的振幅大，周期短的非線性波，是單個的、孤立的波結(jié)構(gòu)，其傳播是單方向的，且速度、波形在傳播過程中基本保持不變。內(nèi)孤立波的研究對海洋聲學，海洋資源開發(fā)，海洋生態(tài)環(huán)境保護，海洋軍事和海洋工程等方面都具有重要影響。觀測表明內(nèi)孤立波是海洋中普遍存在

2、的一種波動，尤其是在陸架陸坡區(qū)，潮流與變化的底地形的作用是這一波動的主要源。 南海東北部是內(nèi)孤立波的頻發(fā)地帶，這里既有呂宋海峽處生成的振幅達100多米，波峰線長達200千米以上的強非線性內(nèi)孤立波，也有陸架陸坡區(qū)局地生成振幅可達幾米到幾十米的小振幅內(nèi)孤立波波列。本文結(jié)合ASIAEX實驗期間南海東北部陸架陸坡區(qū)內(nèi)孤立波的觀測資料，以理論與數(shù)值實驗手段分析研究了內(nèi)孤立波在變化地形上的傳播演化特征，主要可以分為三個方面。 首先，

3、回顧了內(nèi)孤立波研究中弱非線性KdV理論的發(fā)展及慢變孤立子理論在內(nèi)孤立波演化中的應用，研究了內(nèi)孤立波的分裂特征。基于攝動方法，導出了連續(xù)分層條件下的變系數(shù)KP方程，這一方程可以描述內(nèi)孤立波的水平二維特性。 其次，開發(fā)完成了一個用于分層流數(shù)值模擬的非靜力近似海洋數(shù)值模式，基于這一模式，首次研究了南海東北部陸架陸坡區(qū)內(nèi)孤立波(波列)的局地生成，結(jié)果表明，潮流與陸架波折處的相互作用可以激發(fā)生成振幅達幾米到十幾米的向岸傳播的內(nèi)孤立波波列，

4、躍層位置及潮流強度是控制內(nèi)孤立波生成強弱的主要因素。結(jié)合ASIAEX期間觀測到的南海東北部陸架陸坡區(qū)的內(nèi)孤立波演化特征，數(shù)值模擬了這一海區(qū)大振幅內(nèi)孤立波在向岸傳播演化過程中的運動學及動力學特征。研究了內(nèi)孤立波在傳播演化過程中的極性轉(zhuǎn)化特征，采用經(jīng)驗正交函數(shù)(EOF)法分析了這一過程中模態(tài)演化特征，定量的分析了非靜力壓強效應。受地形效應的影響，內(nèi)孤立波可能發(fā)生極性轉(zhuǎn)換或強烈的破碎過程，這些過程往往伴隨著高模態(tài)組分的生成。 最后，介