海洋内波的生成研究

摘 要：海洋内波生成及演变是内波研究的关键问题之一，人们对于海洋内波的生成机制的研究由来已久，无论是国内还是国外的研究人员都进行了大量的努力研究和探讨并取得了丰硕的成果。从海洋内波的生成机制来看，一般可以将其分为高频随机内波和低频的内潮波、内孤立波、惯性内波以及近惯性内波等。可以激发内波的生成源可能存在于在海面、海洋内部或者海底，对不同生成源，对应内波的生成机制也不同，该文介绍了不同位置的内波生成源及其生成机制。

关键词：海洋内波 生成源 生成机制

中图分类号：P73 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）12（b）-0186-02

Abstract：Generation and evolution of ocean internal wave is one of the key problems in the studies of internal waves.The generation mechanism of internal waves in the ocean have been studied for a long time， both domestic and foreign researchers have been a large number of research efforts and explore and achieved fruitful results. From the point of view of the formation mechanism of internal waves in the ocean， generally can be divided for high frequency random internal waves and low frequency in the tidal wave， internal solitary waves， inertial waves and near inertial internal waves and so on. The source which can inspire the source for the generation of the internal waves may exist in the sea， the interior of the ocean or the bottom of the sea.As for different source， corresponding internal wave generation mechanism is also different. This paper introduces the source of internal waves generated at different positions and its formation mechanism.

Key Words：The ocean waves；Generating source；Formation mechanism

海洋内波的生成是内波研究领域的关键问题之一，人们对于海洋内波的产生原因的研究由来已久，国内外众多学者都在关注这一课题，对此进行了大量的研究并且积累了大量的资料和成果。从海洋内波的生成机制来看，通常可以将内波分为高频随机内波和低频的内孤立波、内潮波、惯性内波以及近惯性内波等[1]，目前人们对于高频随机内波、低频内潮波以及内孤立波的生成源进行了大量深入的研究并且取得了广泛的一致。

1 不同位置生成源及其生成机制

内波的生成机制作为内波动力学的一个基本问题，至今仍是一个备受关注的课题。海洋内波的生成源可能在海洋表层、海洋内部或者海洋底部出现，对不同生成源，对应内波的生成机制也不尽相同，大多数学者公认的是激发高频随机内波的位置比较随机，海洋表面、内部和底部都有可能[2]。

1.1 海洋表层

大气中的风在海洋表层产生的移动的压力场和应力场、变化的浮力通量等都有可能成为激发内波的诱因。K¨ase在1972年就曾研究过这三种压力场激发的内波，发现由动压力场激发的内波波幅增加最迅速[2]。Gould等人（1974）的MODE-0海上实验及Pollar（1969，1970）的海上观测指出[3]，在大气的临界水层处风的强迫与内波的生成有着非常紧密的关系。空间非均匀风场的条件下，海洋表面等在该风场作用下，将引起下部分海水的垂向流，该流将导致内波的产生，具有一定波数向量和频率的大气扰动将会产生同样水平波数向量和频率的内波。焦春萌、熊谷道夫同样发现了大气风应力这一内波生成机制[4]。在表面波场中，如果两列波数、频率相近波的叠加刚好满足内波的频散关系，就可以产生内波[5]。综上分析可得，波的叠加产生共振以及海水的垂向流动都有可能是激发内波的一个诱因[2]。

1.2 海洋内部

海洋内部也有许多激发产生内波的诱因。如某些大尺度环流的破碎、中尺度涡由于压力不稳定而破坏都有可能产生内波，在某些特定的条件下，海洋内部的水下航行物所产生的振动也会在密度层结的海洋中产生对应的高频随机内波[5-7]。Hsu等[7]通过研究北海的内波得到，这个海域内波的产生受潮流以及上升流的影响，上升流边缘经常发现内波，这是因为密度层结面受到了上升流的扰动。穆勒（Muller）在1976年提出了海洋剪切流中内波波包的一种运动，从而证明海洋剪切流也是内波的一个生成源。Dohan[8]通过数值模拟与实验研究，证实了涡漩（eddy）导致的海洋混合同样是内波产生的机制之一。

1.3 海洋底部

可以激发内波的还有海底地形的大幅度变化对海水的扰动。如果密度层结的海洋中有一个椭圆形的障碍物，则定常流流过后会产生山后波，海底的地壳运动如火山、地震等产生激烈的振动也是内波的一个生成源[2]。麦克斯沃（Maxworthy）[9]首先提出了一种内波生成理论，即正压潮流流经突起山脊时，会激发海洋内波。后来，麦克斯沃斯设计了一个实验验证了他提出的内波生成机制。他还用海洋底部突起障碍物的往复移动来模拟正压潮流的往复运动，这种条件下会产生海洋内波，其运动方向和突起障碍物的方向相反。Rattray用具有阶梯状地形的两层模式，首先提出了潮流作用生成内波的理论模型[10]。建立了二维正压潮模型来解释Omen湾内波的生成，与合成孔径雷达图像进行了验证，并对模型数值解与实际所出现的偏差给予了分析说明。

Vlasenko等学者[11-12]发现实际海洋中存在另外一种内波激发机制。该种激发机制与Lee波机制不同，它不是通过正压潮流在突起物的背后产生Lee波从而激发内波，而是正压潮流在经过陡变的海底地形后，流体性质由正压变为斜压，当流体内Froude数达到某一临界值时，潮流下游水体堆积，造成跃层界面的下陷，当正压潮流转向后，该跃层下凹信号越过陡变的海底地形形成波动向外传播，形成内波。

除了正压潮与海底陡变地形的相互作用激发内波外，斜压内潮的变形同样可激发内波，这种斜压潮的存在是正压潮与海底地形相互作用引起的[13]。斜压潮在随后的传播过程中受非线性效应的作用将激发高频海洋内波。其激发过程为：首先，正压潮与地形相互作用激发为斜压潮；随后，在斜压潮的波谷中逐渐产生内波波包。研究表明，这种内波的裂变并非发生在地形突变的海区，而是距离该地具有相当距离的海区。这种激发机制已被澳大利亚西北陆架[14]、葡萄牙陆架观测所证实。

2 结语

总之，内波生成机制的研究已取得一定的成果，但是各个具体问题，例如：各种生成机制的更深层次的认识，新型内波生成机制的发现与研究等尚需进一步的理论研究、实验探讨和观测验证。

参考文献

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