海洋内波与水下交通

发布者:陶晓玲发布时间:2019-03-02

密度稳定层结的海水受外力产生的内部波动。可在海洋任何深度上出现。是海水受到外部扰动产生的一种重要运动形式。和风浪、涌浪等表面波相对比,海洋内波振幅较大,通常为10~40米,最大振幅发生在海面以下,可达100米以上;周期较长,从数分钟到数十小时;波速较慢,仅为表面波速的1/30,即不足1米/秒;波长约为近百米至数十千米。海洋内波对海上军事活动有重要影响。

早期,船只在海上航行时,有时发生难以前进的现象。在1893~1896年北极探险过程中,挪威海洋学家F.南森也发现这一现象,经研究得知,是船只航行的动力造成在海水密度跃层处产生的内波,消耗了船只的动能。这种现象称为“死水”。20世纪40年代起,海洋学界迅速开展了内波的调查和研究;70年代前后,是海洋内波研究的迅猛发展时期,科学家提出大洋内波谱模型,被誉为内波研究的里程碑。

 海洋内波影响潜艇的水下交通

海水密度的层间变化甚微,很小的扰动就会在内部产生轩然大波。引起内波的主要扰动有天体引潮力,海面风浪向深处的传播,海面气压突变和风引起的增水及分层海水中的物体(如舰艇)的运动等外来因素。发生在不同密度水层交界面(密度跃层)中的内波称界面内波,是海洋内波的一种特殊情况,其本质与表面波一致。包含了大部分内波能量;波动主要集中在界面附近,最大振幅出现在界面处,由此向上向下迅速减弱;在海面与界面处,波的相位相反,波峰与波谷相对应;界面上、下水质点运动的水平方向相反,在界面处出现最大的速度剪切;波动沿界面传播,群速与相速方向一致。界面上下密度连续变化的水层中产生的内波,具有与界面内波极不相同的波动特性。水质点的运动方向与波向垂直,具有横波性质;群速与相速垂直。振幅在海洋内部可能同时有一至多个最大值,在海面及海底为零。波动一般作斜向传播;遇到固体边壁如海底等,内波将发生反射,反射角不一定等于入射角;海底倾角较大时,反射波可能与入射波重叠,产生内驻波。具有与潮汐相同的周期,波长远比潮波短的内波称为内潮波。

海洋内波是转移大中尺度运动能量的重要因素,也是引起海水混合、形成热盐微细结构的重要原因。内波不仅影响舰艇的航速,还会造成潜艇操作困难,航行深度变化剧烈,甚至有被抛向水面或压向海底的危险。内波导致的等密度面的波动,使声速的大小和方向发生脉动,影响声纳的探测功能,不利于监听,有利于潜艇的隐蔽。海洋内波对海洋工程设施也有不同程度的影响。

文章来源:海军百科