内孤立波在水平和垂直方向的空间尺度可达十几千米和几百米，并且可以传播数百千米，这对海洋内部的能量级串、营养物输送以及区域海洋的物质交换等过程具有重要的作用。我们近期的一项研究发现苏禄海存在全日潮周期的内孤立波（ISW-D），然而ISW-D的三维特征和生成机制还未知（Huang, OLAR, 2023）。因此，本研究基于高时间分辨率地球静止轨道卫星（GOS）影像和高空间分辨率的数值模型（MITgcm），初步研究了苏禄海ISW-D的时空特征、生成机理和传播过程。

图1 左图：半日潮内孤立波;右图：全日潮内孤立波

本研究检索了2018-2022年的GOS影像，ISW-D发生在5-8月的大潮期间，平均包间距离为198km，相速度为2.30 m/s。二维数值模拟和理论参数表明ISW-D是在Pearl Bank附近的山脊通过内潮释放机制生成。正压潮向南（退潮）并在山脊北侧产生波动。一旦退潮转变为涨潮，这些波动就会向北释放。在5.8°N至6.8°N之间传播期间，表现为线性内潮。最后，这些波动在7°N附近发展为小尺度的ISW-D，并在非线性作用下逐渐演变为大尺度的ISW-D波包（图2）。

图2 （a）140m处温度的Hovmöller；黑色实线表示山脊 A 处的正压潮振幅（向右为正），灰色虚线表示潮流速度为0；黑色虚线IWS-D的传播；（b）数值模拟的初始地形；（c）复杂弗劳德数。

此外，本文还研究了潮汐强迫和海水层化对ISW-D生成和传播的影响。全日分潮在ISW-D的生成中起着至关重要的作用，而半日分潮对ISW-D的产生和传播几乎没有贡献。模拟结果表明，只有当全日分潮比半日分潮强得多时，ISW-D才能被激发，这证实了GOS对ISW-D的观测结果（图3）。虽然我们没有明确是哪一个全日分潮（K1或O1）主导了ISW-D的生成，但这项工作的结论仍然可以为ISW-D生成机制的研究提供足够的科学证据。海水层化对ISW-D的生成没有影响，但可以调制ISW-D的传播速度。GOS影像和理论模型的结果表明，ISW-D的相速度与海水层化的强度呈正相关（图4）。

图3 （a）数值模拟的正压潮流；蓝色（全日潮）和橙色（半日潮）曲线显示了山脊 A 处的潮汐流速；（b-j）不同时刻潮汐敏感性实验的内孤立波结果。

图4 ISW-D传播速度和季节性层化的相关性曲线

研究成果于2024年5月在海洋学领域知名期刊Progress in Oceanography上发表，题目“Generation of diurnal internal solitary waves (ISW-D) in the Sulu Sea: From geostationary orbit satellites and numerical simulations”。浙江大学联合培养的博士研究生黄龙宇为文章的第一作者，南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）南海海岸带变化与物质迁移创新团队核心成员杨劲松研究员为文章的通讯作者，合作者包括自然资源部第二海洋研究所陈鹏正高级工程师、任林副研究员、浙江大学联培硕士生马泽泰、美国国家航空航天局（NASA）刘安国博士和美国路易斯安那大学刘冰清博士。

本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金项目、浙江省自然科学基金项目和南方海洋实验室创新团队项目经费等的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.pocean.2024.103279