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1、第49卷第3期海洋与湖沼Vol.49,No.32018年5月OCEANOLOGIAETLIMNOLOGIASINICAMay,2018基于遥感与现场观测数据的南海北部*内波传播速度①孙丽娜张杰孟俊敏(国家海洋局第一海洋研究所青岛266061)摘要南海北部是全球海洋中内波最为活跃、生成和演变机制较为复杂的海域,本文利用多源卫星遥感数据(MODIS、GF-1、ENVISATASAR、RADARSAT-2)和现场观测数据开展了南海北部内波传播速度的研究。通过匹配捕获同一条内波的相邻两幅遥感图像,由内波的空间位移和时间间隔反
2、演传播速度,并以0.5°×0.5°网格给出了南海北部内波传播速度的分布图。研究结果表明,内波传播速度受背景流场、水体层结和底地形变化等多因素影响,特别是水深。在南海北部由东至西、由南至北方向,内波传播速度逐渐递减。深海区内波传播速度最大,可达3m/s以上;内波在向西大陆架传播过程中,随着水深变浅速度逐渐减慢,传播速度为1—2m/s;大陆架浅海的内波传播速度较小,仅为零点几米每秒。同时,利用KdV方程反演了内波传播速度理论值,对遥感数据提取的内波传播速度进行了精度验证,结果较为一致。关键词海洋内波;遥感;传播速度;南海
3、北部中图分类号P731.24doi:10.11693/hyhz20171000259海洋内波是发生在海水密度稳定分层的海洋内ALOS-2,欧空局的Sentinel-1A/B和我国GF系列等卫星部的一种波动,它可以实现数百公里的长距离传播可见光和SAR传感器获得了大量的内波遥感图像,为大而保持不变,伴随着巨大的质量和动量输运,在海洋范围的内波研究积累了丰富的遥感资料。现场观测和卫星中起着重要的动力学作用(Thorpeetal,1975;Munket遥感观测都表明海洋中内波十分活跃,且分布于全球多al,1998;Müll
4、eretal,2000)。内波传播带来极大的垂个海域(Osborneetal,1980;Apeletal,1985;Holloway,向流速和可观的垂向剪切,可引发海水湍流和混合,1987;Jackson,2007),南海北部是全球内波最为活跃的海对海洋能量和生态环境具有重要作用。域之一,是内波研究的热点区域(Liuetal,1998;Hsuetal,传统的内波现场观测受地域限制,只能获取有限点2000a,2000b;Yangetal,2010;Alfordetal,2015)。现场观的资料,无法获得全局的信息。同时
5、,海上作业受天气影测显示南海北部内波水平流速超过2m/s(Zhaoetal,2012),响较大,仪器的布放、监测和回收都比较困难;且费用昂最大振幅可达240m(Huangetal,2016)。内波在传播过程贵,难以大范围进行观测,无法全面追踪内波的传播和中受海底地形和潮流等多种因素的影响,具有很强的地演变过程。随着遥感技术的迅猛发展,卫星遥感具有大域特点,如黄海内孤立波传播速度相对于南海内波的传范围、高时空分辨率、全天候等特点,已成为内波监测播速度要小得多,为0.8m/s至1.1m/s(Warn-Varnasetal
6、,的重要手段。早期美国的Landsat、Seasat、EOS系列卫2002);同时研究发现,海洋中尺度涡会使内波的波峰线星,欧洲的ERS-1/2、ENVISAT,加拿大的Radarsat-1/2产生畸变(Xieetal,2016),进而改变内波的传播速度。和我国的HJ-1A/B、FY-3A/B等卫星;近期日本的Alford等(2010)使用10套潜标分析了南海内孤立波的传*国家自然科学基金项目,61471136号;“全球变化与海气相互作用”专项项目,GASI-02-SCS-YGST2-04号,GASI-02-IND-
7、YGST2-04号。孙丽娜,助理工程师,E-mail:sunln@fio.org.cn①通讯作者:孟俊敏,研究员,E-mail:mengjm@fio.org.cn收稿日期:2017-10-12,收修改稿日期:2017-11-21472海洋与湖沼49卷播速度,他们的结果表明在深水区,A波和B波的传播速105°—122E°,16°—24N°。南海北部海域半封闭性较度均比线性相速度大,而由于较大的振幅,A波的传播的强,通过台湾海峡和巴士海峡与西太平洋相通。海底速度比B波大5%—10%;在陆架区,由于背景内潮的调地形崎岖,动
8、力过程复杂,是内潮和内孤立波的频发制,B波的传播速度比A波大8%—12%。对于潮汐和地海域,也是全球内波最为活跃的海域之一。南海北部形相互作用产生的内波,根据遥感图像中两个或多个波被世界公认为是研究海洋内波的“天然实验场”(杜涛,包距离和潮周期可得内波传播速度(Zhaoetal,2004)。Cai2000),多位海洋工作者采用了温盐深仪(Con
