内波的近年研究现状简单综述

内波的近年研究现状简单综述

发表时间：2018-09-04T14:38:54.113Z 来源：《防护工程》2018年第9期作者：戴英璞

[导读] 如对非刚盖近似在海洋内波的垂直结构中的影响，剪切背景流所导致的短波长海洋内波的失稳问题，单一海脊地形对海洋内波生成与传播影响的分析，3层模型的内波传播方程与参数反演，但依然存在众多难点需要克服。

戴英璞

上海海事大学海洋科学与工程学院上海市 201306

摘要：本文对内波的概念、特性、传播机理及目前国内的研究现状等进行简单综述，现如今我国学者对内波的研究日益深入，已取得丰硕的成果，如对非刚盖近似在海洋内波的垂直结构中的影响，剪切背景流所导致的短波长海洋内波的失稳问题，单一海脊地形对海洋内波生成与传播影响的分析，3层模型的内波传播方程与参数反演，但依然存在众多难点需要克服。

关键词：内波；特性；传播机理；研究现状；

1 引言

当今世界随着科技的不断发展，人类探索的步伐早已从地表走入太空。但人口日益扩张带来的资源需求始终无法满足,人类又将目光从陆域和浅海投向深海，开发和利用海洋资源成为扩大人类生存空间的必然选择。随着对海洋区域的开发,内波这一重要的水动力因素是必须要考虑到的。

2 内波的特性以及传播机理

内波是一种水下波，通常发生在分层介质中，是在海洋内部密度不均匀水层间发生的一种波动。只要海水密度稳定分层，并有扰动源存在，内波就会产生。内波具有很强的随机性，其波长和周期分布在很宽的范围内，常见的波长为几十米至几十千米，周期为几分钟至几十小时，振幅一般为几米至几十米。内波虽不像海面波浪那样汹涌澎湃，但它隐匿水中，常使人们防范不及，故有“水下魔鬼”之称。

3 国内内波的研究现状

在海洋内波的研究中，为了使问题简化常常使用刚盖近似条件，孙宝楠等[1]从二维线性控制方程出发，对非刚盖近似在海洋内波的垂直结构中的影响进行了研究。分别得到了0 阶和 1 阶近似二维内波频散关系，并对两种情况下的波函数进行了对比分析。初步结果表明，二者的差别很小，因而目前通常使用的零阶频散关系能够很好的描述内波的特征。

邓冰等[2]采用求解特征值的方法，探讨了剪切背景流所导致的短波长海洋内波的失稳问题，并给出了其流场结构和传播情况。按照失稳内波波阵面的法向与背景流流向夹角的不同，海洋内波不稳定可分为横波不稳定（夹角为0°），对称不稳定（夹角为90°）和斜交不稳定（任意夹角）3种情况，此时不稳定内波的流场呈现多种形态。对最不稳定流场而言，对称不稳定的流场形态呈现单圈环流的倾斜对流形态，而横波不稳定和斜交不稳定的流场形态则有猫眼结构出现。对于横波不稳定和斜交不稳定内波，最不稳定内波与次不稳定内波两者的流场分布几乎互为镜像。相应于短波长内波，横波不稳定和斜交不稳定的内波均为高频内波，对称不稳定内波不传播，而仅在原地增长。相同参数下垂直方向结构最简单的对称不稳定内波其增长率最大。

高国兴等[3]基于不可压缩原始 N-S方程, 在非静压近似条件下, 通过建立适应于非线性海洋内波研究的非静压海洋动力学模型, 并将其应用于正压潮驱动下的内孤立波生成和传播的数值模拟研究。根据模拟结果, 研究了一类单海脊地形拓扑结构变化对内孤立波生成和传播的影响; 分析并讨论了地形拓扑结构参数变化与生成的内孤立波传播至特定位置的抵达时间、强度等特征参数之间的变化关系; 提出内孤立波生成之前在海脊一侧形成“L-下陷”结构的观点, 并揭示了与该观点相合的能量“积聚”和“释放”机制。

王晶等[4]根据流体力学基本方程组，利用摄动展开、多重尺度变换等方法，推得 3 层海洋分层模式下的非线性薛定谔( NLS) 方程，发展了描述内波传播的新模型; 利用该方程与 SAＲ遥感探测机理相结合，得到反演内波振幅的关系，并选取中国南海东沙岛附近和英国马林陆架外缘海域，进行内波参数反演研究。结果表明，该模型反演的内波振幅与实测值更接近，验证了理论模型的适用性。

4 展望

海洋内孤立波特征参数明显受其他因素制约, 也说明对内波生成与传播规律性的认识还有较大的难度, 这也是将来对内波研究的重点所在。

海洋中跃层的存在是较普遍的情况；故而讨论海洋存在跃层时剪切背景流下的内波失稳问题更有实际意义，有待后续的研究。参考文献：

[1] 孙宝楠, 戴德君, 连展. 非刚盖近似对海洋内波垂直结构的影响[C].上海：《水动力学研究与进展》杂志社,2014:101-107

[2] 邓冰, 张宇飞, 朱娟, 张铭. 海洋剪切流下失稳内波流场及传播的理论分析[J]. 海洋预报, 2016, 33(3): 1-8.

[3] 高国兴, 刘翠华, 祝传刚, 江禅志, 王晓彤. 单一海脊地形对海洋内波生成与传播影响的分析[J]. 热带海洋学报, 2015, 34(3): 23-29.

[4] 王晶，郭凯，孙美玲，孟俊敏. 3 层模型的内波传播方程与参数反演[J]. 遥感学报, 2015, 19(2): 188-194.