Current Observations of Internal Tides and Parametric Subharmonic Instability in Luzon Strait

Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) measurements of the velocity structure in the thermocline in Luzon Strait are presented. The statistics for current, vertical variation of the inertia-gravity waveband, parametric subharmonic instability (PSI), and current shear are analyzed. It was found that 1) barotropic flow primarily consists of a nearly circular mixed tide. Diurnal tides are strongest and show smooth variance with a fortnightly spring-neap cycle, indicative of the astronomical tide-generating force. However, the semi-diurnal band power exhibits a high-frequency oscillation as a result of non-linear interactions. The high-frequency band power with high values during the spring tide oscillates with the tidal cycle. Near-inertial wave motions showing random variance may be caused by changes in the wind forcing at the sea surface or by random forcing. 2) Baroclinic velocities exhibit strong shear structure. The observed large changes in the amplitude of the baroclinic velocity and the limited vertical extent of the high-velocity cores may be interpreted as internal wave beams that pass through the observed water column. Semi-diurnal tides are dominant in the baroclinic velocity. Kinetic energy spectra also revealed that additional peaks were centred at sum-tidal-inertial interaction frequencies (such as M2 + f) and difference-interaction frequencies (such as M2 − f). The spectral exponent of the baroclinic velocity is ω−α (1 < α < 3). 3) Strong non-linear interactions among internal waves exist, and the semi-diurnal (M2) component plays a key role in these interactions. Bicoherence analysis showed that M2/2 waves were non-linearly coupled with the dominant M 2 internal tide. 4) The polarization relations were used to diagnose observational internal tidal motions. Diurnal waves propagate to the east-northeast, and the semi-diurnal–diurnal waves propagate westward. In the case of diurnal tides, the minor to major axis ratio is different from the expected value of f/ωK 1 because of the deviation of inclinations, whereas, for semi-diurnal tides, it is close to the expected value of f/ω M2 at depths from 30 to 150 m. RÉSUMÉ [Traduit par la rédaction] Nous présentons les mesures de la structure des vitesses dans la thermocline faites par profileur de courant à effet Doppler (ADCP) dans le détroit de Luçon. Nous analysons les statistiques sur le courant, la variation verticale de la gamme d'ondes d'inertie-gravité, l'instabilité subharmonique paramétrique (PSI) et le cisaillement du courant. Il ressort que 1) l’écoulement barotrope consiste principalement en une marée mixte presque circulaire. Les marées diurnes sont les plus fortes et présentent une variance régulière dans un cycle vives-eaux mortes-eaux de deux semaines qui révèle la nature astronomique de la force qui produit les marées. Cependant, la puissance de bande semi-diurne affiche une oscillation de haute fréquence causée par des interactions non linéaires. La puissance de bande de haute fréquence avec des valeurs élevées durant les vives-eaux oscille avec le cycle des marées. Les mouvements des ondes quasi inertielles affichant une variance aléatoire peuvent être dus à des variations dans le forçage par le vent à la surface de la mer ou à un forçage aléatoire. 2) Les vitesses baroclines exhibent une structure fortement cisaillée. Les changements marqués observés dans l'amplitude des vitesses baroclines et l'extension verticale limitée des cœurs de vitesse élevée peuvent être interprétés comme des faisceaux d'ondes internes qui traversent la colonne d'eau observée. Les marées semi-diurnes sont dominantes dans les vitesses baroclines. Les spectres d’énergie cinétique ont aussi révélé que des crêtes additionnelles étaient centrées aux fréquences d'interaction cumulative marée-inertie (comme à M2 + f) et aux fréquences d'interaction différentielle (comme à M2 − f). L'exposant spectral de la vitesse barocline est ω−α (1 < α < 3). 3) Il existe de fortes interactions non linéaires entre les ondes internes et la semi-diurne (M2) joue un rôle clé dans ces interactions. L'analyse de bicohérence a montré que les ondes M2/2 étaient non-linéairement couplées avec la marée interne dominante M2 . 4) Nous avons utilisé les relations de polarisation pour diagnostiquer les mouvements de marée internes déduits des observations. Les ondes diurnes se propagent vers l'est-nord-est et les ondes semi-diurnes se propagent vers l'ouest. Dans le cas des marées diurnes, le rapport de l'axe secondaire à l'axe principal diffère de la valeur attendue (f/ωK 1 ) à cause de l’écart des inclinaisons alors que pour les marées semi-diurnes, il est proche de la valeur attendue (f/ω M2 ) à des profondeurs de 30 à 150 m.

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