海洋内波的特征及研究现状(海洋内波典型特征及调查资料)

介绍海洋内波

内波是一项重要的海水运动，将海洋上层的能量传递到深层，将深层冷水与营养物质连接到温暖的浅层，促进生物的生存和繁殖。

内波引起等密度面起伏，改变声速和方位，对声纳影响很大，有利于潜艇在水下的隐蔽；也会破坏水上设备。

【资料图】

典型的海洋内波特征

一、非随机特性

内波的次数和波数必须符合一定的关系，即频散关系。波数为一向量，方向与相速度一致，值等于沿此方向 2π间距中包含的波数。内波引起的质点运动的水平速度、垂直速度和垂直偏移也有一定的相关性。密度的垂直分布对内波的特性有很大的影响。

最简单的内波是界面波，它沿页面传播，群速和相速方向一致。页面上出现了较大的振幅。每个深度内波的振幅随着页面之间距离的增加而减小。界面上质点运动的水平速度与页面下方相反。当靠近页面上下的质点处于峰值或谷物时，水平速度最大。

这里质点的水平速度随着深度的快速变化，也就是说，有很强的速度切割。当页面处的质点根据页面的平衡位置时，它具有最大的垂直速率，峰值向上，峰值向下。这样，浅跳层界面波可能在表面形成辐聚带和辐散带，在海面上显示明暗杂带图案。

液体中的内波比界面波复杂得多。水点的运动速度与波的相速度是垂直的，传递波能的群速与相速是垂直的。不同频率的内波不仅有不同的相速度，而且有不同的方向。类似于惯性频率的内波，相速方向趋于铅直，质点运动轨迹趋于水平圆，群速方向也趋于水平。

随着频率的增加，相速和水平之间的夹角缩小，质点运动轨迹的椭度增加；群速与轨道椭圆的长轴方向一致，与水平方向的夹角增加。接近稳定频率的内波，相速趋于水平，群速趋于铅直，质点趋于铅直反复运动。由于群速垂直于相速，出现了一种令人费解的情况：当波形向斜上传播时，波可以向斜下传输；相反。

稳定性频率的内波 (N)映射发生在变化的介质中。在表面底部或内波频率ω=N深度（转折深度）反射。当内波在运动介质中传播时，会出现多普勒效应，从而改变其传播速度。内波可能在物质运动速度等于相速（临界层）的地方消退。

由于表面与底部（或转向深层）的反射，可能在铅直方向产生驻波。这种驻波有几个波腹，即内波处于第几个模态。模态越大，运动就越复杂。

二、随机特性

由于内波的偶然性，很难从不同的地点、不同的时间、不同的方式获得观察材料，以获得统一的结果。加勒特和蒙克应用随机过程理论，并引入了一些理想化的假设，如假设特定的海洋内波是由许多不同频率、不同波数、随机振幅和随机相位的正弦波线性叠加的，将大量的调查数据统一在一个广泛应用的模型中，即GM模型。

模型谱的特点是：在避开边界的海洋中，内波能量波频谱具有普遍性，即除了一些特殊地区外，无论何时何地获得的调查数据都与模型结果几乎一致。类似惯性频率有峰值，类似稳定频率有小峰或平肩，中间频段有峰值ω-2特点。水平波数K的依从关系为(1) K/K*)-2.5，K*是适度选择的波数比尺。

调查数据通常反映在半天潮的频率上，有一个不同大小的谱峰，但这个模型没有显示出来。这种模型也未能包括在顶层海洋、陆架和陆坡以及平均流富强的复杂条件中。

各种内波谱之间存在一定的关系，可用于验证脉冲量是否为内波。

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