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)

海洋内波简介

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

内波造成等密度面的起伏，使声速大小和方位均发生变化，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、非随机特点

内波的频率和波数必须符合一定的关系，即频散关系。波数为一向量，其方向与相速度一致，数值等于沿此方位 2π间距内含有的波的数量。由内波引起的质点运动水平速度、垂向速度与垂向偏移之间，也存在一定的关系。密度的垂向遍布对内波的特点有很大的影响。

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。最大震幅出现在界面处。在各个深度的内波的震幅，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,当其处在波峰或波谷时,有最大的水平速度。

这里质点的水平速度随深度的变化极快，即存有极强的速率裁切。界面处质点正好通过界面平衡位置时，具有最大的垂向速率，峰前往上，峰后往下。这样，在浅跃层处界面波可能在表面形成相间的辐聚带和辐散带，在海面呈现明暗清楚的杂带图案。

密度持续层结的液体里的内波，比界面波繁杂得多。水质点的运动速度与波的相速度竖直，传送波能的群速与相速竖直。频率不同的内波，不仅相速度的大小不一，并且方位各异。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准圆周，群速的方向也近于水准。

随着频率的增大，相速与水准之夹角变小，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,与水平方向的夹角增大。接近稳定性频率的内波,相速近于水准,群速近于铅直,质点近于铅直反复运动。因为群速与相速竖直，出现了费解的情况：波型向斜上方传播时，波能向斜下方运输；相反也是。

内波在稳定性频率 (N)变动的介质中传播时会发生映射。在表面和底边或在内波频率ω=N深度（转折深层）处会出现反射。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。在介质运动速度等于相速（临界层）处，内波可能消退。

因为表层与底边（或转折深层处）的反射，可能在铅直方位产生驻波。这类驻波有几个波腹，就称此内波处在第几模态，模态越大，运动就越复杂。

二、随机特点

因为内波的随机性，难以从不同地点、不同时期、不同方式所得观测材料，得到统一的结果。加勒特与蒙克应用随机过程理论，并引入一些理想化的假定，如假定具体的海洋内波是由很多不同频率、不同波数、具有随机震幅和随机相位的正弦波线性叠加成的，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：在避开边界的大洋中，内波能量波数频率谱具有普适性，即除一些特殊地区外，不论何时何地所获得的调查资料，都和这模型结果近乎一致。它在类似惯性频率处有一峰值，类似稳定性频率上有一小峰或平肩，在中间频段有ω-2特点。对水准波数K的依从关系为(1 K/K*)-2.5，其中K*为适度选定的波数比尺。

调查资料较普遍地体现出在半日潮的频率上有一个大小不一的谱峰，但这种模型没有表达出来。这类模型也未能包含在顶层海洋、陆架和陆坡处及均值流强盛处繁杂状况。

各种内波谱之间存在一定的关系，可用来验证观测所得的脉冲量是否为内波。

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