海洋内波的特征及研究现状

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海洋内波简介

内波是一种重要的海水运动，它将海洋上层的能量传至深层，又把深层较冷的海水连同营养物带到较暖的浅层，促进生物的生息繁衍。

内波导致等密度面的波动，使声速的大小和方向均发生改变，对声呐的影响极大，有利于潜艇在水下的隐蔽；对海上设施也有破坏作用。

海洋内波典型特征

一、非随机特性

内波的频率和波数必须满足一定的关系，即频散关系。波数为一向量，其方向与相速度一致，量值等于沿此方向 2π间隔内所含的波的数目。由内波引起的质点运动的水平速度、垂向速度和垂向位移之间，也存在一定的关系。密度的垂向分布对内波的特性有很大的影响。

最简单的内波为界面波，它沿界面传播，群速与相速方向一致。最大振幅出现在界面处。在不同深度的内波的振幅，随该处至界面的距离的增大而按指数律减小。界面上质点运动的水平速度和界面下者方向相反。在紧贴界面上下的质点,当其处于波峰或波谷时,有最大的水平速度。

此处质点的水平速度随深度的变化极快，即存在很强的速度剪切。界面处的质点恰好通过界面平衡位置时，具有最大的垂向速度，峰前向上，峰后向下。这样，在浅跃层处的界面波可能在表面形成相间的辐聚带和辐散带，在海面呈现明暗清晰的条带图案。

密度连续层结的流体中的内波，比界面波复杂得多。水质点的运动速度与波的相速度垂直，传输波能的群速与相速垂直。频率不同的内波，不但相速度的大小不同，而且方向各异。近似于惯性频率的内波，相速的方向近于铅直，质点运动轨迹近于水平圆周，群速的方向也近于水平。

随着频率的增大，相速与水平之交角变小，质点运动轨迹的椭度增大；群速与轨迹椭圆的长轴方向一致,与水平方向的交角增大。接近稳定性频率的内波,相速近于水平,群速近于铅直,质点近于铅直往复运动。由于群速与相速垂直，出现了费解的现象：波形向斜上方传播时，波能向斜下方输送；反之亦然。

内波在稳定性频率 (N)变化的介质中传播时会发生折射。在表面和底面或在内波频率ω=N的深度（转折深度）处会发生反射。内波在运动介质中传播时，会发生多普勒效应，从而改变其传播速度。在介质运动速度等于相速（临界层）处，内波可能消失。

由于表面与底面（或转折深度处）的反射，可能在铅直方向形成驻波。这种驻波有几个波腹，就称此内波处于第几模态，模态越高，运动就越复杂。

二、随机特性

由于内波的随机性，很难从不同地点、不同时间、不同手段所得观测资料，得出统一的结果。加勒特与蒙克应用随机过程理论，并引入一些理想化的假设，如假设实际的海洋内波是由许多不同频率、不同波数、具有随机振幅和随机相位的正弦波线性叠加而成，将大量调查资料统一于一个普遍适用的模型即GM模型。

模型谱的特点是：在远离边界的大洋中，内波的能量波数频率谱具有普适性，即除一些特殊地区外，不论何时何地所得到的调查资料，都与这模型的结果近乎一致。它在近似惯性频率处有一峰值，近似稳定性频率处有一小峰或平肩，在中间频段有ω-2特性。对水平波数K的依从关系为(1+K/K*)-2.5，其中K*为适当选定的波数比尺。

调查资料较普遍地反映出在半日潮的频率处有一个大小不一的谱峰，但这种模型没有表达出来。这种模型也未能包括在上层海洋、陆架和陆坡处及平均流强盛处的复杂情况。

各种内波谱之间存在一定的关系，可用来检验观测所得的脉动量是否为内波。

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