不同模态海洋内波特征的诊断分析
09-1-海洋内波
《海洋工程环境学》
第四章 海洋波浪
船舶工程学院 马山 副、内波的形态 3、内波与表面波的区别 4、内波的动力学作用
台湾研究船上声纳系统在东沙环礁所看到的南海具 有巨大振幅的內波，咖啡色及紅色部分是海底。
3、内波与表面波的区别
内波和表面波都是界面波，它们没有本质的差别。表面波 发生在密度很小的空气和密度很大的海水之间界面上的波动。 自由海面的海水上升需要克服重力，因此振幅的升高受到限 制。但海洋内部的海水上升时，本身的重量大部分被浮力抵消 ，于是升高比较容易。对以相同能量产生的内波和表面波，内 波的最大振幅要比表面波的最大振幅大得多。
内波的破坏力，主要是在产生内波的跃层上下，会形成两支流 向正相反的内波流。这种内波流速可高达1．5米／秒，犹如剪刀一 般，破坏力极大。加拿大戴维斯海峡深水区的一座石油钻探平台， 就曾遭内波袭击而不得不中断作业。海底输油管和电缆等的断裂很 可能与这种作用有关。
海洋内波具有许多表面波所没有的特性，难以像表面 波那样直接测量，观测比表面波困难，一般须间接测量海 水温、盐、密度等参量的变化来得到内波的变化特征，近 来对它的研究得到重视，但还在认识之中。
1、内波的一般特性
内波：发生在海洋内部不同密度层间的波动就称为海洋内 波(Internal Wave)。主要控制力是重力，浮力和地转科氏惯性 力。所以内波也称为内重力波或内惯性重力波。
海洋内波形成的两个必要条件
海洋内波的产生应具 备两个条件：一是海 水密度稳定分层，二 是要有扰动能源，两 者缺一不可。在海底 深层，当海水因温 度、盐度的变化，出 现密度分层后，经大 气压力变化、地震影 响以及船舶运动等外 力扰动，就可能在海 水内部引发起内波。
海洋内波定义
海洋内波定义
海洋内波是一种发生在海洋内部的水波，通常是由于海水密度的不均匀分布和受到外部扰动而产生的。
与表面波不同，内波的最大振幅通常发生在海面以下，其波长和周期范围广泛，可以从几米到数十千米，从几分钟到数小时。
内波是一种水下波，其存在对于海洋环境、海洋生态系统和海洋工程都具有重要影响。
它们可以将海洋上层的能量传递到深层，促进生物的生长和繁殖，也可以对海上设施产生破坏作用。
同时，内波也是海洋动力学和海洋物理学研究的重要领域之一。
请注意，海洋内波是一种复杂的现象，其产生、传播和消散过程涉及到多种物理机制和影响因素。
因此，对于海洋内波的研究和理解需要综合考虑多种因素和数据。
以上信息仅供参考，如需获取更多详细信息，建议查阅海洋内波相关的文献或咨询海洋学家。
试析海洋内波的产生与分布
试析海洋内波的产生与分布摘要对于海洋内波来说，主要是指出现在海水稳定层化的海洋内部中，具有较为显著的波动性，由于产生在海洋内部，内波的恢复力主要是约化重力，这与表面波有着较为显著的区别。
同时，内波在水平方向、时间以及垂直方向等方面，具有明显的固有结构。
众所周知，海洋内波有着较为广泛的频率范围，然而大多数研究工作主要集中在高频随机内波、低频内潮波等方面。
在经济社会不断发展过程中，卫星海洋遥感技术得到了广泛应用，浅海大振幅内潮波备受关注。
本文主要以海洋内波的产生与分布为论点，希望为相关行业人士提供些许帮助。
关键词海洋内波；产生；分布现阶段，在海洋内波研究领域中，海洋内波的生成和分布的研究是至关重要的，已经成为相关专业人士共同关注的话题之一。
基于海洋内波的生成机制进行分析，高频随机内波、内潮波以及惯性内波等是内波的重要构成内容，目前诸多专业人士和学者对其生成院源进行了深入分析，更好地理解和掌握海洋内波。
1 海洋内波的生成源1.1 高频随机内波（1）海洋上边界在大气作用的影响下，与海洋上边界扰动产生的内波之间的关系是尤其紧密的。
大气中的风在海洋表面产生了压力场，并且具有一定的移动性，如果压力场的对流速度、某一内波的波数等与共振条件相符时，可以有效激发内波，然而由于实际气压谱和风应力谱的严重缺失，这一应用的研究很难继续推进。
比如在发生台风时，极容易造成海上石油平台的破损，但是由于实测当场气压的严重缺失，很难充分了解到相关内波所产生的影响和影响程度。
此外，在风生海洋表面波场中，如果表面波呈现出平行的趋势，可以为激发内波提供极大的帮助。
上述内波的生成，与共振相互作用机制、通过造成海水垂直运动产生内波等机制是息息相关的。
（2）海洋內部在破碎和斜压变动的影响下，极容易造成海洋内部大尺度环流和中尺度涡的衰减，进而有助于内波的激发，尽管如此，还是很难充分了解内波在这一过程中的生成机制。
造成内波产生的来源，主要包括内波中的共振相互作用、层化Ekman 边界层的变动性等。
海洋内波参数的自动化检测方法
ｒ ｃ ｉｎ ｈ ｓｍｅｈ ｄ ｈ ｄ ｂ ｅ ｈ ｃ ｅ ｒｕ ｈ ｍｕ ｔ ｌ ＡＲ ｄ ｔ ｆ ｎ ｅ ａ ａ ｅ ａ ｄ ａｓ ａ ｅ ｎ ａ ｐ ｏ ｅ ａｉ ｉ ｎ ｔ ｉ ． ｅ ｔ ．Ｔ ｉ ｏ ｔ ｏ ａ ｅ ｎ ｃ ｅ ｋ ｄ ｔ ｏ ｇ ｌ ｐ ｅ Ｓ ａａ ｏ ｔｒ ｌｗ ｖ ｎ ｌ ｈ ｄ ｂ ｅ ｐ ｒ ｖ ｄ ｖ ｄ ｔ ａ ｄ ｕ ｉ ｔ ｈ ｉ ｉ ｎ ｏ ｌ ｙ ｌｙ
测算法 ， 该方法在多种 Ｓ Ｒ内波数据中进 行了检验 ， Ａ 证明了这种 方法 的有效性 和实用性 。
关 键 词 ：Ａ Ｓ Ｒ 海洋内波 传播方 向 功率谱 数 据分 割 【 图分 类 号 ］Ｎ ３ ． ； Ｐ ９ 【 献 标 识 码 】 【 中 Ｔ ９ １７ Ｔ ３ １ 文 Ａ 文章 编 号 】０ ０３ ８ （０ ０ ０ — ７ —３ １０ —８ ６ ２ １ ）４０ ５０ ０
测 量 与 检 测 技 术
Ｍ ｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ＆ Ｄｅ ｅ ｔｎ ｅ ｈ ｉｓ ａｕｅ ｎ ｔ ｃ ｉｇ Ｔ ｃ ｎｃ
《 气自 化 ２１年 ２ 电 动 ） ０ 第３卷第４ ０ 期
海洋 内波参数 的 自动化检测方法 六
海 军 航 空 工 程 学 院 电 子 信 息 工 程 系 （ 台 ２ ４ ０ ） 流 速梯 度 （ ｕ ｇ ） 一结 论 。 ［４１ 一Ｏ ／ ｘ 这 ３， ，５
２ 内波 传 播 方 向分 析
海 洋 内 波 广泛 存 在 于海 洋 陆 架 坡 及 大 洋 中 ， 由于 海 洋 分层 的
知“ Ｓ Ｒ及其数据具有如下特点 ：Ａ ， Ａ 。 Ｓ Ｒ数据的地面分辨率高 ， 因此
Ｋｅ ｙｗｏ ｄ ： ｒ ｓ ＳＡＲ ｉ ｔｒ ａ ｖ ｔａ ｓ ｓ ｉｎ ｄｉｅ ｔ ｎ ｐｏ ｒｓ ｃ ｒ ｎｅ ｌ ｗａ ｅ ｒ ｎ ｍｉｓｏ ｒ ｃｉ ｎ ｏ ｗｅ ｐｅ ｔｕｍ ｄａａ ｓ ｌｔ ｔ ｐ ｉ
海洋立管的模态及参数敏感性分析
。０ ｘ ２
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６ （
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式 中： ｒ —— 张力 因子 ；
— —
单位 长度 的表 观重力 。
０［ Ｉ ２］ｘ Ｅ Ｘ６ Ｏ
ｉ ｏ Ｌ
（ ４ ）
若考 虑表 观重 力 的影 响 ， 张力 沿 立 管 高 度 则
为线性 变化 ， 任意 高度 ｚ 的张 力可表 示 为 处
海 洋 立 管 的模 态 及 参 数 敏 感 性 分 析
雷 松， 张文 首 。 林家浩 。 岳前 进
（ 大连理工大 学 运载工程与力学学部 ， 宁 大连 １６ ２ ） 辽 １０ ３ 摘 要： 为分析海洋立管受不 同形式 的轴 向张力作用时 的模态求解问题 ， 哈密 尔顿原理建立理论模型 ， 用
计 算 方法 ， 究 相关 参 数 对 立 管振 动 频 率 和振 型 研
的影 响 。
１ 微 分 方 程 的推 导
海洋立 管 通常 可 以 看作 弹 性 梁 ， 可运 用 基 于 小变形 假设 的 欧拉坝 努利 梁模 型 ， 即假 设微 元 的转 动量 可以 忽略 ， 只关注水 平位 移 ； 和弯 曲变 形 相 比， 因剪切 力 引起 的 角 变形 是 微 阶小 量 。如 图
０ ２ ０ｘ ２
一
￣（ ｔ ）一 － （ ）＋ｍ ）
ｏ
ｄ
＝ （） ｏ ９
下面 重点讨 论立 管 自由振动 的模 态 问题 。
２ 自由振 动 方程 的 求解
号 出 叫
（ ２． ２ １ ）
基本 参数 的计算 在实 际工 程 中 ， 根立 管直 径相 同 ， 略连接 单 忽
微元上外力所作 的虚功 为 ： 出。沿 ｚ 廊 方 向积分可得 到整个系统 的应 变能 、 动能和总 虚功。 对于整个 系统 ， 运用哈密顿原理 可表达为
海洋内波动力学
海洋内波动力学
海洋内波动力学是研究海洋内部波动现象及其动力学过程的一个分支学科。
内波是海洋中的一种重要波动现象，主要发生在海洋内部，其能量主要来源于地球的自转和海底地形等因素。
内波在海洋中扮演着关键角色，它们参与物质和能量的输送、生物地球化学过程以及海底沉积物的运移等。
海洋内波动力学主要研究以下几个方面：
1. 内波的生成和传播：内波的形成与海底地形、海洋流体动力学过程以及地球自转等因素密切相关。
研究内波的生成机制和传播特性有助于更好地理解海洋内部波动的演变过程。
2. 内波与海底边界层相互作用：内波与海底边界层之间的相互作用对海洋底部的物质和能量输送具有重要意义。
研究这一相互作用有助于揭示海洋底部沉积物的运移规律以及生物地球化学过程。
3. 内波与海洋环流相互作用：内波与海洋环流之间的相互作用对海洋环流的结构和强度产生影响。
通过研究这种相互作用，可以更好地了解海洋环流的演变过程和动力机制。
4. 内波在海洋生态系统中的作用：内波对海洋生物群落的分布和生长具有显著影响。
研究内波在海洋生态系统中的作用有助于揭示生物群落的分布规律和生态过程。
5. 内波在海洋资源开发和环境保护中的应用：内波在海洋资源开发（如油气、矿产资源）和环境保护（如海洋污染治理）等领域具有广泛应用前景。
研究内波动力学有助于为这些领域提供科学依据和技术支持。
近年来，随着观测技术和数值模拟方法的发展，海洋内波动力学取得了显著进展。
然而，内波动力学仍是一个充满挑战和机遇的领域，许多问题和现象尚待深入研究。
基于实测资料海洋内孤立波诊断模型设计
基于实测资料海洋内孤立波诊断模型设计邓冰;陈凤贵;肖义国;徐振华【摘要】目的：基于实测的海洋资料，研究设计海洋内孤立波诊断模型。
方法首先对实测的ADCP海洋资料和温度链资料进行质量控制处理，然后利用海洋内波动力学理论和诊断分析技术，建立提取海洋内波特征的诊断模型。
结果成功设计了能够提取海洋内波振幅、内波周期、变差流矢量时间序列、内波波致流和内波传播方向的诊断模型。
结论该诊断模型通过实测的温度链、潜标、ADCP等连续观测的海洋资料，可诊断出海洋内波周期、内波振幅等特征要素，为实施海洋水文气象保障提供了重要技术手段。
%Objective To research and design a diagnosis model for oceanic internal solitary waves, based on the meas-ured ocean data. Methods Firstly, the measured ADCP marine data and temperature data were processed, and then the di-agnosis model of ocean internal wave feature was established by using the ocean internal wave dynamics theory and diagno-sis technology. Results The diagnosis scheme was designed for extracting the amplitude, period, internal wave-induced flow and wave propagation direction. Conclusion The diagnosis model could diagnose the characteristic factor of ocean in-ternal wave, such as period and amplitude, by using the measured temperature chain, submersible buoy and ADCP contin-uous observations of ocean data, which provided an important technical means for the implementation of marine hydrometeo-rological safeguards.【期刊名称】《装备环境工程》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】4页(P10-13)【关键词】内孤立波;诊断分析;实测资料【作者】邓冰;陈凤贵;肖义国;徐振华【作者单位】北京应用气象研究所，北京100029;北京应用气象研究所，北京100029;北京应用气象研究所，北京100029;中科院海洋研究所，山东青岛266071【正文语种】中文【中图分类】P731海洋内波是发生在海洋内部的重力惯性波，具有水下魔鬼之称。
海洋波浪特性的观测与分析方法研究
海洋波浪特性的观测与分析方法研究海洋波浪是指海面上形成的波浪现象，它是地球上最常见的波动形式之一。
对于海洋波浪的观测与分析，可以帮助我们深入了解海洋的物理特性、研究气候变化以及进行海洋工程设计等方面。
本文将介绍几种常用的海洋波浪观测与分析方法。
一、海洋波浪观测方法1. 浮标观测法浮标观测法是一种常见的海洋波浪观测方法。
观测过程中，我们可以通过在海面上设置浮标，使用测量设备记录波浪的运动情况。
浮标通常通过浮子和锚链连接，以保持浮标在海面上的稳定位置。
观测设备会记录波浪的高度、周期、传播速度等参数。
2. 船舶观测法船舶观测法是另一种常用的海洋波浪观测方法。
在这种方法中，我们可以在船舶上设置观测设备，通过测量船舶在波浪中的运动情况来了解波浪的特性。
观测设备可以记录波浪的频率、波长、振幅等参数。
3. 雷达观测法雷达观测法是一种基于雷达技术的波浪观测方法。
雷达可以通过发射电磁波并接收其反射信号来获取波浪的信息。
通过分析雷达反射信号的特征，我们可以得到波浪的高度、方向、能量等参数。
二、海洋波浪分析方法1. 频域分析法频域分析法是通过将波浪信号在频域上进行分解和分析来了解波浪的特性。
在该方法中，我们可以使用傅里叶变换等数学工具将波浪信号转换为频域信号，并从中获取波浪的频谱信息。
频域分析法可以帮助我们研究波浪的频率分布、波谱的特征等。
2. 时域分析法时域分析法是通过分析波浪信号在时间域上的变化来了解波浪的特性。
这种方法常用的分析手段包括自相关函数分析、滤波分析等。
通过时域分析法，我们可以了解波浪的传播速度、波形变化等信息。
3. 统计分析法统计分析法是一种通过统计学方法来分析波浪特性的方法。
通过收集大量的波浪数据，并对其进行统计分析，我们可以了解波浪的平均值、方差、相关性等统计特征。
这种方法适用于研究海洋波浪的长期变化趋势以及波浪与其他环境因素之间的关系。
三、海洋波浪观测与分析的意义1. 研究气候变化通过对海洋波浪的观测与分析，我们可以了解气候变化对海洋波浪特性的影响。
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影 响 。而 怎样 从 实 测 资料 中分离 出 内波信 息 ，得 到 内波 的特 征 参量 ，是 对 内波 研 究 的 关 键 。下 面 我们 就 实测 资料 中怎样 分 离 出不 同模态 的 内波 信 息 作一 简 要探 讨 。
收 稿 日期 ：２ ０ ・３０ ：修 订 日期 ：２ ０ —１ｌ ０６０ ・１ ０ ７０一５ 基 金 资 助 ： 国 家 自然 科 学 基 金 （ 目编 号 ９４ ｌ０ ） 助 项 ０ １０ ６ 资
快 速 密 集 取 样海 洋 调 查仪 器 的出现 ， 内波 的海 洋 调 查在 六 十年 代 末和 七 十 年代 初 达 到 使
高潮 。内波 理 论 的发 展 与观 测 仪 器 、观 测 手段 的更 新是 密切 相 关 的 。每 一 种 新 仪器 和 新 手段 的发 明和 使用 都 会 使 内波 研 究取 得 新 的进 展 。新 式 的观 测 仪器 不 断投 入 使 用 ，使 内 波 的海 洋 调 查 条件 得 到 了进一 步 的 改善 。内波 的观 测 对 其理 论 和计 算 模 型 发展 有 重 要 的
内波 的观 测 比表 面波 困难 得 多 。 内波于 １ ０ 首先 报 道 ，这 归 功于 Ｎａ ｓｎ瓶 和 颠 倒温 ９ ２年 ｎｅ
度 表 的 发 明和 使 用 ，因此前 无 法 检测 到 次 表层 水 温和 密 度 。１４ 温探 仪 （ Ｔ 的 问世 ， ９ ０年 Ｂ ）
使 密 集 间 隔 重复 采 样 成 为可 能 。海 水温 度 深度 自动 记录 仪 、温 度 链 以及 等 温 面示 踪 仪 等
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第 ２ ４卷
第 １期
海
洋
预
报
Ｖ ｏ１ ２ Ｎ ｏ． ． ４， １
Ｆｅ ．２ ０ ７ ｂ ０
２ ０ ０ ７ 年 ２月
Ｍ Ａ ＲＴ ＮＥ ＦＯＲＥＣＡ Ｓ ＴＳ
不 同模 态 海 洋 内波 特 征 的诊 断分 析
张 铭 ，邓 冰 ，赵 艳 玲
１ 引 言
内波 是 海洋 中普 遍存 在 的一种 动 力 学过 程 ， 在海 水 的水平 和 垂 直交 换 过 程 中对 动 它
力和 热 量 的输送 起 重 要 的 作用 ， 至 是 决定 性 的作 用 【。内波 也 是海 水 运 动 的重 要 形 式 ， 甚 １ １
它 能将 大 、中尺 度运 动 过 程 中 的能 量传 递 给 小尺 度 过程 ，它 是 引起 海 水 内部 混 合 、形成
出 了两种 背景场 的求取方 法 ：函数逼 近法和平 均法 ，并对 一个实测 内波 资料 进行 了诊断分 析 ，得 到 了不 同模 态 下 内波 温 度 振 幅 和 周 期 的特 性 。
关键 词 ：海 洋 内波 ；模 态 ；诊 断 分析 中 图 分 类号 ：Ｐ ３ 文 献标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １０ ７１ ０ ３— ０ ３ （０ ７ １— ０ ０ ２９ ２０） ０ １— ０ ８
（ ．解 放 军理 工 大 学 气 象 学 院大 气 环 流 与 短 期 气 候 预 测 实 验 室 ， 南 京 ２ ０ １ １１ １ １ ２ 海 军 海 洋 水 文 气 象 中心 ， 北 京 １０ ７ ） ． ０ ０ ３
摘
要 ：本 文 利 用 谐 波 分 析 理 论 提 出 了海 洋 中 内 波 在 不 同模 态 下 的特 征 参 量 的 诊 断方 法 ，给
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ｒｘ ，ｆ＝ ｚ＋∑７ａ Ｉｎｎ ｚ ｃ ｓ ｘ （，Ｚ ） （） ．．ｓ （ｎ ／ ｏ （ 一 ，ｉ ． Ｈ） ｋ
—Ｉ （） ｚ 为海 洋 背 景 温 度 场 分 布 ， 设其 仅 与 ｚ有关 ，上 述 方程 等 式右 端 第 二 项 即
作者简介：张
铭 （９ ５） １４ 一，男，教授，研 究方 向：大气动力学，物理海洋学 。
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２
海
洋
预
报
２ ４卷
２ 海 洋 内波 特 征 的 诊 断
２１ 海洋 内波 波 包表 示 ． 设 海洋 中 内波 的波 动 为 二 维线 性 平面 波 ，则对 海 洋温 度 场 可 有 以下 表 达 式 ：
为 内波 波 包 。取观 测 点在 ｘ 处 ，则 内波 波 包 有 以下 形 式 ： ＝Ｏ
＾ ，
∑∑‰ Ｉｎｎ Ｈ）ｏ（￣， ． ｓ （ｍ／ ｃ ｓａ． ＋ Ｉ ｉ Ｉ ）
（） ２
这 里 设 内波 在 垂 直 方 向有 Ⅳ个 模 态 ， 为 模 态 编 号 ，各 模 态 有 不 同的 振 幅 ¨、频 率 ．和初 位 相 。 意 ，对 垂 直方 向的 固 定模态 ，其 振幅 、频 率和 初 位 相 还 与水 平 波 。 ；注 数 ｋ 有 关 ，这 在振 幅 、频 率和 初位 相 中用下 标 ｋ来表 示 ，此 外 因 只考 虑 内波 ， 以上波 包
究不 仅 在 整 个 海 洋动 力学 的理 论研 究 中 占重 要 的地 位 ，而 且 对海 洋 资源 的开 发 和保 护 、
海 军潜 艇 的保 障及 推 动 其它 相 关 学科 的深 入 研 究 具有 重 要 的应 用价 值 。 内波 发 生 在海 洋 内部 ，在对 其 进 行观 测 时 不 能像 测量 表 面 波那 样 直 接测 量 ，而 是必 须 通过 对 海 水 的温 度 、盐度 或 密度 等 量 的 间接 测量 来 获 得其 变 化特 征 ，这些 特 点 使 得对
海 水温 、盐 细 微 结构 的重要 原 因 【。从 ２ 世 纪 ８ ２ １ ０ ０年代起 随着 人类 对 海 洋 资源 的开 发和 利 用 ，应 用 内波 知 识解 决 问题 的迫 切 性越 来 越 强 。 目前 ，综合 利 用卫 星 遥 感观 测 和 海 上 资料 ，推进 数 值 模 型和 理 论 模型 的研 制 已经 成 为 国际前 沿 的 热 门 问题 。对 海洋 内波 的研