水下魔鬼——内波

凡见过大海翻脸的人,一定不会忘记那凶猛的狂涛,滔天的巨浪。但隐匿在海水内部的狂涛巨浪——海洋内波,却鲜为人知了。据专家称,内波比大海表面波浪要大得多,一二十米高的内波可说是司空见惯,超过100米也不稀奇,菲律宾苏禄海就测到90米高的内波,在比斯开湾深层水中发现过振幅200米的内波。什么是内波?如果只是顾名思义地认为内波就是海水内部的波浪,那就过于简单和片面了。《中国大百科全书》的定义是:“密度稳定层结的海水内部产生的波动。”通俗说法是,海洋内波是在海洋     

我国内波研究取得新进展

海洋内波是在海洋内部密度不均匀水层间发生的一种波动。内波像海面波浪一样常在。只要海水密度稳定分层。再有扰动源存在,内波就会产生。内波与表面波浪虽都是液体波动,但有根本不同。空气与水的密度差有好几百倍,表面波受重力影响大,因此不易形成大浪,振幅10米以上的大浪极少见。但海洋内部海水密度     

看不见的波浪——内波

一提起海浪,人们总是想到海面上那波涛汹涌的景象。可是海洋中还存在着另一种人们不易发现的波浪,这就是发生在海水某一深处的“波动”,因而有“内波”之称。第一个发现海洋内波现象的人是南森。在1893年,他在北极探险。当船行驶到挪威海上时,他发现海面有一层冰块融化,产生的很淡的海水,他的船航行到这里,就好象被海水“粘住”一样,几乎不能前进。后来人们又在其他     

波浪种种

海洋表面及其内部的各种波动现象统称为波浪。波浪按其成因不同而有各种名称,如由风产生的风浪、涌浪和混合浪又称为海浪;由天体引力产生的潮汐波;由地震或风暴而产生的海啸;由航行船舶产生的船行波;在两层密度上有显著差异的水层界面上产生的内波等。     

海浪在前进

人们乘船在海上航行时有这样的体会,当把一个皮球抛到海里,你会发觉,在波浪通过时,皮球只是在原来的地方上下颠簸;而波峰过来时。皮球只向前移动一点距离;在波谷到达时,皮球又被拉回到原来的位置上。这就是说,波浪中的皮球,只做周期性圆周运动,并没有跟随波浪前进。这是怎么回事呢?因为海水是由无数个水质点组成的流体。当海面无风时,表面的水质点保持平衡状态,一旦海     

海洋内波的产生与分布

海洋内波是指在海水稳定层化的海洋中产生的、最大振幅出现在海洋内部的波动。由于是产生于海洋内部 ,内波的恢复力主要是约化重力 ,这是它不同于表面波的一个重要特征。此外 ,还有许多其他不同特征 ,例如 :内潮波的振幅远大于表面潮波的振幅 ,但速度却要小得多 ;内波的群速度方向与其相速度方向几乎垂直 ;内波不仅在水平方向和时间上存在着固有结构 ,而且在垂直方向上也存在着特定的结构等。方欣华、王景明１９８６年对内波在时间和空间尺度分布特征上的一些典型值做了介绍。尽管海洋内波的频率范围相当广泛 ,但已有的多数研究工作主要集中…     

基于线阵CCD的波流调制效应水槽实验研究

波流调制效应是指海面非均匀流场产生的挤压和拉伸,进而导致海面局部小尺度波浪谱发生增强或削弱的效应,它是内波、海底地形、海洋锋面等多种海洋现象能被SAR等微波遥感手段观测到的重要物理机制。波流调制效应非常复杂,与海面风速、波浪谱、流场等因素都有关系,直接在海面上开展精确的实验测量非常困难,且重复性差,而在水槽内可以实现较为精确的测量和重复性。本文给出了在水槽实验室内基于线阵CCD同步获取水面波浪谱和流场的测量方法,克服了传统的传感器无法同步获取波浪谱和水面流场的缺点,并在分层流水槽内对孤立内波产生的非均匀流场的波流调制效应进行了观测。研究结果表明基于线阵CCD的测量方法是研究波流调制效应的有效手段,尤其适合对厘米/毫米波段小尺度波浪谱的波流调制效应的研究。此外,在波长小于3cm时波流调制模型的松弛率与经典模型的预测结果有较大出入,需要进一步深入研究。     

背景流中海洋内波垂向结构的计算和分析

利用了无摩擦、不可压情况下的旋转流体线性方程组,基于数值计算的方法,对背景流中海洋内波各个模态垂向结构进行了分析。结果表明:在无背景流时,海洋内波的垂向结构为简谐波;模态越高,其在垂直方向结构就越复杂,这时其模态属海洋内波的离散谱。在有垂直切变的背景流时,因受背景流的调制,其波形发生变化;此时海洋内波的前几个模态仍与简谐波类似,属海洋内波的离散谱,而此后的模态垂向结构不再光滑连续,出现了间断(奇性),该间断处即为临界层,该具有间断的模态属海洋内波的连续谱,而其积分则为海洋内波波包。正海洋内波在海洋中非常常见,是发生在密度稳定层化海水中的一种波动,其最大振幅出现在海洋内部,是重要的海洋中尺度现象。海洋内波的存在,使得海水运动以及水文要素的分布与变化更加复杂。由于内波发生机制的复杂性以及时空特征的随机性,内波成为海洋学研究中的难点。鉴于海洋内波在海洋学和军事上的意义,目前已经成为研究的活跃领域。对海洋内波垂向结构的研究不但有重要的理论意义,而且有广     

机载超低频雷达探测海洋内波

机载超低频雷达探测海洋内波是海洋内波探测的新方法。海洋内波使海水电导率垂向分布发生扰动,当雷达发射的电磁波探测信号传播到内波扰动界面,电磁信号发生反射,部分反射信号再次穿透海面传播到空气中并被天线捕捉,雷达系统通过处理内波界面处的反射信号并抑制海面的反射信号实现对海洋内波的探测。根据麦克斯韦方程和海水的物理性质,推导出超低频电磁波在海水中的传播特性,研究海水温度、盐度变化对海水电导率的影响,根据KDV方程解和垂向特征函数解构造了海洋内波垂向结构,仿真了雷达接收到的海表面处、内波界面处的反射信号及其延迟时间,仿真结果表明,可以使用该方法探测海洋内波。     

海洋内波预报技术研究的必要性与可行性初探

海洋内波是发生在海洋内部密度层化水层间的一种波动。海洋内波对潜艇活动的安全以及水中兵器的使用效能等有非常显著的影响。本文就海洋内波的国内外研究现状、已有成果以及研究海洋内波预报技术的必要性和可行性进行分析。     

由波浪压力记录计算表面波谱

对目前仍广为使用的压力测波仪来说,如何通过波浪在某深度处的压力信息来推算海面的波浪状况呢?根据深水小振幅简单波动的经典理论,关系式H_o=H_z exp[kz]成立,式中H_o、H_z分别表示海面和水深z处的波高。将这一关系式应用于实际资料,则由波浪压力记录可以求出H_z、T_z(或λ_z),再由记录的深度z就可以求出H_o。     

南海北部海域对台风尼格的响应特征分析

本文基于布放于南海北部的ADCP海流数据和温度链数据,分析了南海北部上层海洋对强台风尼格响应特征。结果表明:台风活动会生成强烈的近惯性振荡;在热力学方面会引起南海北部海区特别是表层海水迅速降温,海温的日变化特征消失;动力学方面近惯性内波成为支配研究海区海水流动的关键因素,造成流速迅速增大;此外近惯性内波会向下传播,并且下传时经历由慢至快的过程;最后近惯性内波会引起波-波相互作用,包括近惯性内波的入射和反射波之间相互作用生成频率两倍于惯性频率的内波,以及近惯性振荡与半日内潮相互作用生成两者频率之和的波动,使近惯性能量发生转移。     

用CTD资料分析东海温、盐、密度垂向细结构初步尝试——Ⅰ.浅海内波的垂向结构

用时间间隔为1小时的12次CTD观测短记录分析了东海浅水区温、盐、密度脉动的垂向特性.平均温、盐、密度剖面可以分成明显的3层:跃层及其上、下层.温、盐、密脉动基本上由内波引起,但在跃层上、下界也存在一定的入侵卷挟.跃层中心的深度起伏大于6.35米,厚度变化在3.5-8米之间.它们随时间的变化是间歇性的,不规则的.用最大熵谱估计方法估计得温度脉动的垂向波数谱,表明能量主要集中在低波数段(<0.13周/米),其间有两突出的谱峰,估计谱线斜率低于-3次方.在中(0.13-0.64周/米)、高(>0.64周/米)波数段谱线分别有-3与-5次方波数依从关系.可能低波数段是内波运动;中波数段是细结构过程或内波与细结构的联合作用;而高波数段的细结构则很弱.     

美国圣迭戈(San Diego)外海的温盐细结构和地转流切变的估算

近十来年,海洋学家研究了海洋中温、盐和密度在细尺度(1—100米)范围内的变化,即温、盐和密度的细结构。产生细(和微)结构的机理大致有两种:1.不同水团的相互交错。它又有两种可能:一种为流速切变产生的机械搅拌;一种为双扩散产生的对流搅拌。2.内波破碎,它能产生不同于流速切变所产生的机械搅拌。 研究海洋细微结构中一个重要的问题是要确定产生细微结构的机理。Jahnsan.Cox和Gallagher(1978)提出了一个分辨内波破碎和水团入侵产生的细微结构的判据。     

基于EMD算法的海洋内波参数反演

利用合成孔径雷达(SAR)图像研究海洋内波具有其他遥感探测及实地海洋测量不可替代的优势,然而从SAR数据中提取内波参数的方法却往往由于人工选取的位置不同使得反演的内波参数产生不同的偏差,为了尽量避免人工操作带来的误差并有效反演内波参数,文中提出了一种SAR图像海洋内波波向与波长参数估计的新方法。通过人工选取内波前导线上的3个位置点,计算机自动地获取内波的位置和内波的波向,提取内波断面,在此基础上利用EMD算法反演内波波长,结合内波区域海水密度剖面数据,进一步反演内波振幅参数。通过对实测SAR图像数据进行处理的结果可知,采用该方法对内波SAR图像进行处理,能很好地定位内波位置并获得传播方向及内波波长参数,结合海水密度剖面,实现了内波振幅参数反演。人工干预选取3个位置点,自动计算内波前导线弯曲弧度并自动计算5个内波剖面,减少了由于人工干预操作不同形成的偏差。     

黄海中部的低频内波

本文用最大熵方法并结合付氏分析方法分析了黄海中部海区(36°N,124°E)内波调查资料。分析表明该海区存在很强的温度密度跃层。根据对海流资料的分析得出潮汐频率的波动是正压的。从消除了正压潮流后的余流中得到0.049Cph的波动,由温度资料得到频率为0.0514Cph的波动,且发现它基本是斜压的,即为低频内波。该低频波动主要为最低模态朝西方向传播的惯性内波。本文阐明了惯性波的产生来自局地风应力的作用。     

大洋海水的咸味一样吗?

如果有人问你:海水的盐度是多少?你怎么回答呢?正确的答案应该是:大洋水的平均盐度约为35,即每千克大洋水中的含盐量为35克。为什么要称“大洋水”和“平均”盐度”呢?因为海水的盐度在各个不同的海域、海区是不同的、变化的,即使在同一海区的同一地点。不同深度的水样中,盐度也会出现一定的差异,甚至有人就同一地点、同一深度的海水在不同时间进行     

无聊爵士的新发现

当我们把一块石头扔进湖里,水面上就会产生一圈圈的波动,不一会儿波动就消失了。这给人一个启示,水可以以波动的形式传递能量。那么,有没有这种可能,一个波动能量(即孤立波)向外长时间、长距离的传输,在到达预定地点再释放呢?现实生活中这种现象很罕见,它的最初发现说起来还有一段趣闻呢。     

防止海港结冰法

加宁大科学家最近发明一种防止海港结冰的新方法。 加拿大的佩·安德森发明的这种方法采用了波浪产生器。该装置长7.5米,没有一个搅动器,利用电动机带动搅动器工作。在海面上产生人造波浪。     

海洋密度剖面模型及其适用性研究

海洋密度分层剖面是影响海洋内波生成和演化的关键环境要素,建立密度剖面的参数化模型以描述海洋的密度分布剖面,可以更方便地研究海洋动力环境。在利用当前常用的双曲正切密度剖面模型研究中国南海内波演化时,发现该模型对仅有单一凹向的真实海水密度剖面的模拟效果不佳。以常用的双曲正切密度剖面模型为基础,通过引入一个修正系数,提出了一个改进的密度剖面模型,它在保留原模型可以很好描述海水密度跃层特征的同时,显著提升了模拟的精度。通过与全球不同海域的实测海水密度剖面的时空分布数据进行对比,论证了该改进模型的广泛适用性。