基于Thorpe尺度對南海深層混合的研究.pdf

1、南海作為西北太平洋最大的邊緣海，其特殊的地理位置及經(jīng)濟和軍事價值使其成為學(xué)者們的研究熱點。南海深層的混合（本文中混合指跨等密面湍流混合）對于海洋中的物質(zhì)和能量輸運過程及維持海洋層結(jié)有重要作用。本文基于2005年至2012年共8年在南海進行現(xiàn)場觀測得到的溫鹽剖面數(shù)據(jù)，利用Thorpe尺度參數(shù)化方法得到了每個剖面的耗散率和混合率結(jié)果，計算時采用了以位密剖面為主兼顧位溫剖面的水體翻轉(zhuǎn)（overturn）判別方法，然后通過平均得出南海1000m

2、以深的深層耗散率和混合率的分布及呂宋海峽處120.5°E斷面在春、夏、秋三季的混合情況變化并進行了分析研究。
　　翻轉(zhuǎn)尺度和分布的統(tǒng)計特征顯示，隨深度和密度的增大，Thorpe尺度較大的翻轉(zhuǎn)占的比例越來越大。這與前人關(guān)于翻轉(zhuǎn)大小隨深度的分布結(jié)果是一致的。Thorpe尺度在10-20m之間的翻轉(zhuǎn)所占比例最大。翻轉(zhuǎn)厚度約為Thorpe尺度的3倍，翻轉(zhuǎn)內(nèi)最大Thorpe位移約為Thorpe尺度的2倍，且最大Thorpe位移相對翻轉(zhuǎn)厚度擬

3、合程度更好，能更好地表征 Thorpe尺度及翻轉(zhuǎn)的特征，可作為檢驗翻轉(zhuǎn)判別結(jié)果的參考。
　　南海深層混合的分布顯示，呂宋海峽處深層耗散率和混合率整體較強，分別達到10-8Wkg-1和10-3m2s-1以上，1000-2500m層西北陸坡區(qū)等海盆邊緣海區(qū)的耗散率和混合率達相同量級，而中間被包圍的北部海盆區(qū)相對較弱。2500m以下的底層水的耗散率和混合率整體上較1000-2500m層增強，南海北部海區(qū)的混合率較上層高，較大洋背景值高出

4、2個量級。南部海區(qū)在該層的耗散率和混合率也明顯增強，尤其東部增強了約兩個量級。該層與離底500m層的耗散率和混合率分布基本一致的現(xiàn)象說明了底地形所起的重要作用。利用GK96的方法得出的分布主要特征與本文計算結(jié)果基本一致。各層平均的混合率從西向東呈現(xiàn)增強趨勢，1000-1500m和1500-2000m層混合率從南向北呈現(xiàn)出增強趨勢，各層均在17°~18°N附近出現(xiàn)混合率的較小值。將研究區(qū)域分為呂宋海峽（一區(qū)）、南海北部（二區(qū)）、南海中部（

5、三區(qū)）和南海南部（四區(qū)）四個區(qū)域，比較發(fā)現(xiàn)，混合率隨深度增強的幅度以四區(qū)為最大，增幅約兩個量級，其他三區(qū)增幅均在一個量級之內(nèi)。各個區(qū)域混合率的垂向分布與小于0.25的Richardson數(shù)分布有很好的對應(yīng)關(guān)系，體現(xiàn)了不穩(wěn)定過程發(fā)生的較大可能性。呂宋海峽處強混合現(xiàn)象可能與獨特的雙山脊地形對內(nèi)波的生成、傳播和耗散過程的影響有關(guān)，西傳內(nèi)波的散射和耗散為南海北部混合提供了能量，而其逐漸演變成非線性并破碎的過程應(yīng)是導(dǎo)致強混合的動力機制。另外，東沙

6、島附近產(chǎn)生的內(nèi)潮的演變及破碎可能是導(dǎo)致南海北部強混合的另一原因。南海中部海區(qū)為混合提供能量的內(nèi)潮較弱，導(dǎo)致了其混合率相對北部較低。南海南部2000m以深Richardson數(shù)基本均小于0.25，說明其深層發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象的可能性很大，很小的擾動就可能引起較強的混合。這應(yīng)與該海區(qū)深層層結(jié)較弱有關(guān)，而該處復(fù)雜底地形應(yīng)與強混合也有密切關(guān)系。
　　對春、夏、秋三季呂宋海峽120.5°E斷面的耗散率和混合率垂向分布的分析結(jié)果表明，秋季的耗散率

7、和混合率較春夏季有增強現(xiàn)象，尤其是20°N以北部分更為明顯。最南部斜坡處近底層的耗散率和混合率明顯隨季節(jié)增強了約一個量級。該斷面的耗散率和混合率的季節(jié)變化可能與秋季呂宋海峽深層層結(jié)減弱及秋季深層內(nèi)潮能通量較夏季強且傳遞方向在垂向上變化明顯有關(guān)。
　　四個區(qū)域由混合引起的上升流速基本隨深度呈增大趨勢，2600m以深一二三區(qū)達20~30cm/天，四區(qū)接近50cm/天。整個計算海區(qū)2500m以深的平均上升流速為24cm/天，與前人結(jié)果基