海洋内波
内波对海洋立管的作用
内波对海洋立管的作用海洋立管是一种海洋工程结构，可以承受大海风浪和洋流对于海上油气钻井平台的影响，保证钻井作业的安全。
然而，海洋环境中存在许多复杂的自然现象，如内波等，它们对于海洋立管的稳定和安全也起着至关重要的作用。
内波是一种在水中传播的重要的波浪现象，由于其在海洋中的特殊性质，内波既有助于海洋立管的稳定，同时也会带来一些潜在的危险。
内波能够改变海水中的水流形态，使得海水产生一个波峰和波谷之间的压缩和膨胀，这些波动可以传播到海面上。
在海洋中，当内波遇到底部变化太大的区域，会产生折射或者受到散射，使得内波的能量在不同层次间传递，从而改变海水的密度分布。
海洋立管建设在内波影响较大的水质区域内，不只要承受自由海面的影响，还要承受内波等更加复杂的影响。
内波作用的影响对于海底管线，在沉积物的振动和管道上腐蚀起着至关重要的作用。
内波产生的过程通常与潮汐有关，因此，深度较大的区域，如深海沟脉，因为内波的能量传播距离远，水流形态变化较小，对于海洋立管的影响较小。
但是，对于地势低洼、浅海的海洋立管，内波产生的影响就会更加明显。
内波会造成海水流动的变化，从而影响到海底沉积物的搬运和沉积速率，也将导致海底管线的振动和摩擦，这样极有可能导致海底管线的损坏和破裂，因此需要在设计和建设海洋立管时对内波的影响进行充分考虑。
为了更好地保证海洋立管的安全，需要考虑到内波的传播和强度，以及海洋立管所处的深度，海底的地形和底质条件。
根据这些因素来设计和建设海洋立管以及选择适合的材料和稳定措施，从而保证海洋立管的稳定和安全。
内波的产生和传播也需要进一步研究，以便更好地理解其对海洋领域的影响，为设计和建设海洋工程提供更加科学的依据和技术支持。
总之，内波是海洋立管建设中不可忽视的因素之一，需要充分考虑和评估其影响，以便更好地确保海洋立管的安全和可靠性。
地球科学家需要研究内波对海洋立管的作用，开发更好的方法来保护海洋工程，加强海洋工程领域的研究和发展，进一步推动海洋产业的发展。
第6章海洋中的波动现象
cg =
1 c 2 =c =
σ − σ '
k − k '
≈
dσ dk
① 深水波： 深水波： ② 浅水波： 浅水波：
c c
g
正是能量向前 传播的速率： p = cg E
−
g
25
26
（二）驻波
⒈ 形成——传播方向相反的两列正弦波叠加。 形成——传播方向相反的两列正弦波叠加 传播方向相反的两列正弦波叠加。
34
崩碎波
卷碎波
激碎波
35
§6.4 海洋内波
一、分类 1、界面内波：在密度不同的两层海水 界面内波： 界面处发生的波动。 界面处发生的波动。 2、密度连续变化海洋中的内波： 密度连续变化海洋中的内波：
36
海洋内波在 海表的表现
37
二、复杂而特殊的性质 波速：同波长，内波波速仅为表面波速的1/20 ⒈ 波速：同波长，内波波速仅为表面波速的1/20 振幅与能量：同样能量激发，振幅为表面波的30倍 ⒉ 振幅与能量：同样能量激发，振幅为表面波的30倍。 传播方向： 界面内波； ⒊ 传播方向： ① 界面内波； ②连续变化内波 ⒋ 内波能量的输送方向 三、环境效应 ⒈ 对海水混合影响大 ⒉ 派生的辐聚、辐散 派生的辐聚、 ⒊ 军事活动影响 ⒋ 对水产业的影响
⒉ Stokes波流 Stokes波流
u' = k a c exp(2kz0 )
2 2
-
⒊ 波流体积运输
V
=k a c ∫
2 2 0 −∞
ex p ( 2 k z )d z =
1 2 ka c 2
33
⒋ 环境效应 对海流、波浪成长有影响。 ① 对海流、波浪成长有影响。 对泥沙运移、入海污染物扩散有影响。 ② 对泥沙运移、入海污染物扩散有影响。 对近岸的裂流和沿岸流的影响。 ③ 对近岸的裂流和沿岸流的影响。 四、波动的能量和波面破碎 能量：动能大于势能， （一）能量：动能大于势能，Ek>Ep 破碎： ≥1/7时 （二）破碎：理论上可证明δ≥1/7时，波面将破碎 实际观测当δ>1/10，波峰就会破碎 。 >1/10，
第5章 SAR海洋内波遥感探测技术
第5章SAR海洋内波遥感探测技术5.1 引言内波是发生在海洋内部的波动现象，是引起海水内部混合，形成温、盐细微结构的主要原因。
随着近代观测技术的进步，人们普遍认识到，海洋内波与海洋水声学、水下航行、海洋生物学、海洋光学、海洋沉积学、军事海洋学以及海洋水下建筑学等学科有着密切的联系（徐肇廷，1999）。
因此，提取内波参数，研究内波特性具有非常重要的意义。
长期以来, 它一直成为海洋学家潜心研究的前沿性课题（蔡树群，2001）。
在过去，人们通常利用锚系来测量内波。
如简易温度锚系可以测量内波的时空特征，包括波长、振幅、传播方向和速度等（陈守虎等，2004）。
然而，锚系测量内波站点有限平分辨率不高，难于推算出具有较大空间尺度的内波的波长及传播方向等空间特征。
大范围、全天时和高分辨率的合成孔径雷达的出现为内波探测提供了一种全新的方法（Alpers，1985；Liu，1998）。
综合利用SAR数据、CTD数据和海上同步测量数据等来研究海洋内波是当前的热点。
在研究背景里提到，一方面，SAR图像噪声大，给自动提取内波波长和半振幅宽度带来困难。
另一方面，传统的内波参数反演方法依赖于半日潮假定，对许多单个内波波群的SAR图像，无法开展定量的反演工作。
本章根据以上两个方面存在的问题，从两个方面来探讨内波参数提取和反演。
一方面，结合EMD方法从能量大小的角度来探讨合成孔径雷达非线性内波信号的提取方法。
目的主要有：一是比较希尔伯特—黄变换、傅立叶变换和小波分析对内波波长提取效果；二是比较希尔伯特—黄变换和小波变换对内波波形的提取效果；三是在提取内波波形的基础上对各个孤立波的半振幅宽度进行计算进而通过CTD辅助数据反演孤立子波的振幅。
效果评价采用定性分析，从原始信号和分离后的信号的比较以及内波成像的数学仿真模型来分析结果的好坏，对于内波振幅反演的精度评估方面，采用与Liu等的验证算例进行量级上的比对（Liu，1998）。
另一方面，结合M4S 微波散射模拟和内波动力学方程来探讨内波参数反演的新方法。
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。
第八讲 海洋中的波动
辐聚
高压 中心
辐散
高压中心向辐聚区运动 使Rossby波向西传
北半球罗斯贝的传播
罗斯贝波的生成
• 大洋中的扰动、开尔文波激发等
厄尔尼诺的一种机制
• 罗斯贝波从赤道附近的异常 暖的海面向西传播（厄尔尼 诺期间）。
• 当它达到海洋的西边界时会 被反射，形成开尔文波，这 种波向东传，它起着抵消或 改变海面暖信号的作用，引 发降温事件（拉尼娜期间）
• 1983年，中国加入ITWS • 目的：在海底设置压力传感器与海
面浮标相连，尽早发现海啸
海啸的预报和预警
• 2011年，中国开始一项“巨大的工程”— —“东海海底观测网”，将在未来五年内建 成
同济大学汪品先院士
海洋内波
• 海洋内部不是均匀的，任何密度、温度、盐度剧 烈变化产生分层效应
• 海洋内部任何两层界面处均可能存在波动，称之 为内波
• 波浪破碎后形成沿着海岸线流动的沿岸流 • 沿岸流最终以离岸流回流到海中
离岸流对游泳者造成极大威胁！
James B Lushine
Courtesy Miami Herald
离岸流的间隔与破碎带宽度成正比
波浪浮标
海浪的观测
声学波浪浮标
卫星高度计测波高
风暴潮
风暴潮
气象潮与风暴潮
• 由气象原因引起的局部海洋水面非周期性的升降 现象，称为气象潮。
• 整个厄尔尼诺事件循环所需 时间是由这些波传播的速度 决定的，它大约需要2年。
第八章 海洋中的波动
• 周期性或准周期性运动随时间 在空间中传播的现象称为波动。
按照成因划分： • 海浪：由风引起的水重力波 • 潮波：引潮力引起 • 海啸：海底地震引起 • 风暴潮：气压骤降引起 • 开尔文波和罗斯贝波
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。
海洋内波的红外探测
Ｍ ｒ ｏ ｉ ｏ ５ 等人相 继开展 了对 内波 的红外观测实 ａ ｍ ｒ ｎ ［］ 验研 究 ，通 过 总结 他们 的实验 结 果 可知 ， 内波 可 引起 海 表 温 度 的变 化 ，在 空 间形 式 上 为 明暗相 间 的条 纹 （ 图１ 见 ），海表 存在 较 强温度梯 度 时 ，内
到几 十小时 。 目前 内波 的遥 感观测主要 有可见光遥 感 、高度 计遥感 ￣ Ｓ Ｒ 感 。相对 传统 的接触 式温 ＨＡ 遥
盐 深 观 测 方 法 来 说 ，遥 感 探 测 具 有 空 间 覆 盖 范 围
广 ，分辨率高 ，资料获取费用相对较低 的优点 。
相 对 Ｓ Ｒ 感 探 测 内波 技 术 的 成 熟 ， 红 外 遥 感 Ａ遥
２ １ 年第 ３ ０ ２ 期
海洋 内波 的红外 探 测
２ ３
海 洋 内波 的红 外探 测
阳 海鹏 王 丹
（ 海军潜艇学 院海洋遥感研究所 ，山东 青 岛 ２ ６ ７ ） ６ ０ １ 摘 要 ：海洋内波是海洋中常见的现 象，与表面波一样是 海洋 中的一种重要动 力形式，其产
生的流场会 引起 海表 温度 的微 弱变化 。随着红外遥感技术及各种红外传感 器精度 的不断提
８ １ ２ ８ ｌ 一４
１：４— ２ ５ １ ：３ （ ３ ８ 当地 时 间 ）
，
红外
工 作 波 段
３５ —
观测 温度 分辨率 仪器 空间分辨率 观测结果
Ｏ１ ． ℃ ｌ 米 最大温 度波动０
．
０ ０ ℃ ．２ ０３ ． 米
５ ￣ Ｃ
Ｏ０ ℃ ．２ 小于 ｌ 米
［ ］ （ Ｏ Ａ Ｃ Ａ Ｅ 中 红 外 遥 感 数 据 时 ，才 捕 获 到 ３ ＴＧ — ＯＲ ） 了 内波 的 红 外 图 像 。 随 后 ，Ｊ Ｓ ｕ 、 Ｚ ｐ ａ［］ ｅ ｓｐ ａ ｐ ４ ，
海洋中的波动现象课件
底层水体通风
内波能导致底层水体的上升和通 风，影响底层水体的生物化学过
程。
海洋波动现象的应用与研究
05
前沿
海洋波动现象在海洋工程中的应用
船舶设计
了解海洋波动现象的ຫໍສະໝຸດ 性，有助于优化船舶的设计，提高其稳定性和安全性。例如，通过分析 波动现象的频率和幅度，可以预测船舶在特定海况下的运动响应，从而指导船舶的结构设计和 性能优化。
海洋波动现象的研究方法
01 现场观测
通过布置浮标、测波仪等设备进行现场观测，获 取波浪的实时数据。
02 遥感技术
利用卫星遥感技术，对大面积海域的波浪进行观 测和监测。
03 数值模拟
基于物理模型，利用计算机进行数值模拟，揭示 波浪生成、传播和演变的规律。
02
海洋中的重力波
重力波的形成与传播
形成原因
波动在海洋中的重要性
01 能量传输
波动在海洋中是实现能量传输的重要机制，通过 波动能够传递并分散大量的能量。
02 混合过程
波动能够导致海洋水体的混合，对于海洋中的生 物地球化学过程具有重要的影响。
03 岸线侵蚀与保护
大浪能够对岸线进行侵蚀，同时，波浪也是海岸 线动态平衡的重要因素，对于海岸线的保护具有 双重作用。
海洋中的水体由于温度、盐度等 因素形成密度分层，这是内波形
成的重要条件。
扰动源
如风、地震、潮汐等，它们可以打 破密度分层的平衡，激发内波的产 生。
地形效应
海底地形如海底山脉、海沟等，也 能对内波的形成起到重要作用。
内波的传播特性
传播方向与等深线平 行 内波的传播方向通常与等
深线平行，这是内波的一 个重要特征。
重力波是由重力与流体惯性力相互作用而形成的 波动现象。在海洋中，重力波主要由风、潮汐、 地震等驱动力引发。
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海洋内波
海洋内波是发生在密度稳定层结海水中的波动。
它的最大振幅出现在海面以下，频率局限于惯性频率f与Brunt-V?is?l?频率N之间。
频率较高的内波，其恢复力主要是重力与浮力之差，频率较低时主要是地转惯性力。
由于实际海水密度的层间变化很小（跃层上下的相对密度差也仅约为0.1％）,所以只要很小的扰动就会在海洋内部产生“轩然大波”。
这种波动很缓慢，相速仅为相应表面波的几十分之一，即一般地不足1米/秒。
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，一般分别为近百米至几十公里,几分钟至几十小时。
内波振幅一般为几米至百米的量级。
比如，台湾以南吕宋海峡以西的内波振幅就有高达100米的记录（Liu et al.，1998）。
已知的内潮波最大振幅有180米（Roberts，1975）。
最早的内波观测是F.Fansen于1893～1896年在北极探险过程中进行的。
在去北极探险路经巴伦支海时他发现乘座的船在遇到一层盐度低的水覆盖在盐度高的水后速度突然减慢。
1904年Ekman解释这种“死水”现象是由于船消耗能量在两层界面处产生内波，所以船速减慢，即由船舶运动生成内波的增阻现象（徐肇廷，1999）。
大振幅内波在传播过程中产生的扰动可导致海水强烈辐聚和突发性强流（波致流），它们的剪切效应有可能对海洋工程、石油钻井平台和海底石油管道造成严重威胁。
1990年夏天在东沙岛附近，当内孤立波（internal solitary wave）经过时，石油钻井机难以操作，锚定的油罐箱在不到5分钟内摆110°（蔡树群等，2001）。
因此设计深海工程设施时应该考虑到内波的因素。
大振幅内波还有可能对水下潜艇航行造成灾难性后果。
人们一直怀疑1969年美国长尾鲨号核潜艇的失事可能是由于内孤立波使其迅速下沉到不可承受深度造成的。