Internal Wave Observations in the South China Sea The

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Internal Wave Observations in the South China Sea The Powered By Docstoc
					                       Internal Wave Observations in the South China Sea:
                              The Role of Rotation and Non-Linearity
                                              David Farmer*, Qiang Li and Jae-Hun Park

                                 The Graduate School of Oceanography, University of Rhode Island
                                                  Narragansett, RI 02882 USA

                                   [Original manuscript received 21 November 2008; accepted 3 September 2009]




             ABSTRACT     Observations of internal waves travelling across the deep basin of the South China Sea provide an
             opportunity for exploring the effects of rotation and non-linearity on their evolution. Time series measurements
             using inverted echo-sounders at three locations illustrate the progressive steepening of the internal tide generat-
             ed in Luzon Strait and the subsequent development of short non-linear internal wave trains. Potential mechanisms
             for internal tide generation are discussed in terms of tidal beam interaction with near-surface stratification and
             mode 1 response to flow over a ridge. For transformation of an internal tide under the influence of non-linearity
             and rotation, we apply Boyd’s (2005) criterion for wave stability in a rotating flow to separate waves dominated
             by non-linearity, which can be expected to steepen and break, from waves that are inhibited from breaking due
             to rotational dispersion of energy into internal inertial gravity waves. Wave breaking in this context refers to the
             point at which the wave becomes steep enough for non-hydrostatic effects to come into play, with the subsequent
             generation of a short period non-linear internal wave train. For a monotonic M2 internal tide generated over the
             eastern ridge, breaking is predicted close to the location at which remotely sensed images first indicate the pres-
             ence of short non-linear internal waves; steepening of a K1 internal tide, on the other hand, is predicted to be dis-
             persed by rotational effects before steepening. Time series observations acquired just west of the eastern ridge
             provide initial conditions for applying the stability criterion to mixed internal tides over a spring-neap cycle and
             for comparison with time series measurements at two additional sites further west. When the stability criterion is
             applied to wave slopes, initial conditions predicted to be unstable generally result in the formation of high fre-
             quency non-linear internal wave trains. In the case of initial conditions for which rapid steepening is not pre-
             dicted we see evidence of the interaction between rotation and non-linearity, specifically the formation of ‘corner
             waves’ with the characteristic parabolic shape first predicted by Ostrovsky (1978).
             RÉSUMÉ [Traduit par la rédaction] L’observation des ondes internes parcourant le bassin profond de la mer de
             Chine méridionale fournit une possibilité d’étudier les effets de la rotation et de la non-linéarité sur leur
             évolution. Des séries chronologiques de mesures faites à l’aide d’échosondeurs inversés à trois endroits montrent
             l’accentuation progressive de la marée interne générée dans le détroit de Luzon et la formation subséquente de
             courts trains d’ondes internes non linéaire. Nous discutons des mécanismes possibles de génération de marée
             interne en fonction de l’interaction du faisceau de marée avec la stratification superficielle et la réponse du
             premier mode à l’écoulement au-dessus d’une crête. Pour la transformation d’une marée interne sous l’effet de
             la non-linéarité et de la rotation, nous appliquons le critère de Boyd (2005) sur la stabilité des vagues dans un
             écoulement en rotation pour séparer les vagues dominées par la non-linéarité, qui devraient éventuellement
             devenir plus abruptes et déferler, des vagues qui sont empêchées de déferler à cause de la dispersion rotation-
             nelle de l’énergie en ondes de gravité inertielle internes. Le déferlement dans ce contexte désigne le point auquel
             la vague devient suffisamment abrupte pour que des effets non hydrostatiques entrent en jeu et entraînent la
             génération subséquente d’un train d’ondes internes non linéaires de courte période. Pour une marée interne M2
             monotone générée au-dessus de la crête est, le déferlement est prévu près de l’endroit où des images de
             télédétection indiquent initialement la présence de courtes vagues internes non linéaires; il est prévu, d’autre
             part, que l’accentuation d’une marée interne K1 se dispersera avant l’accentuation par les effets rotationnels. Des
             séries chronologiques d’observations acquises juste à l’ouest de la crête est fournissent les conditions initiales
             pour l’application du critère de stabilité à des marées internes mixtes sur un cycle vive-eau/morte-eau et pour la
             comparaison avec des séries chronologiques de mesures faites à deux autres endroits plus à l’ouest. Quand le
             critère de stabilité est appliqué aux pentes des vagues, les conditions initiales qui ont été prévues instables
             aboutissent généralement à la formation de trains d’ondes internes non linéaires de fréquence élevée. Dans le cas
             de conditions initiales pour lesquelles on ne prévoit pas d’accentuation rapide de la pente, on voit des signes de
             l’interaction entre la rotation et la non-linéarité, plus précisément la formation d’« ondes en coin » avec les
             formes paraboliques caractéristiques initialement prédites par Ostrovsky (1978).




*Corresponding author’s e-mail: dfarmer@gso.uri.edu

                                     ATMOSPHERE-OCEAN 47 (4) 2009, 267–280 doi:10.3137/OC313.2009
                                            Canadian Meteorological and Oceanographic Society
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