近惯性内波能量源汇论文设计

第一章 引言1.1 研究背景及意义1.1.1 近惯性内波表面重力波是一种常见的海洋现象。原本静止不动的海面因为变形感觉到重力的回复力，并以行进表面波的形式散开。稳定分层的海洋可以以类似地形式在海洋内部产生重力波，这些重力波称为内重力波或简称为内波。由于回复力的降低，与表面重力波相比，它们具有更大的振幅，能够导致海洋内部的等密度线震荡数十米或数百米（Garrett 和 Munk, 1979）。内波的频率范围从科里奥利频率（也称为惯性频率）到浮力频率。在频率附近，流体运动接近于水平，科氏力占主导。相反地，在附近，运动接近于垂直方向，浮力提供了主要的回复力。观测数据表明洋流在之间有连续的频谱，且在惯性频率以及潮汐的主要分量的频率附近具有明显的频谱峰值（图 1.1）。其中，惯性频率附近峰值的运动即对应于近惯性内波（NIW），而潮汐的主要分量附近峰值的运动则是内潮。在上层海洋，一半以上的内波能量都集中在惯性频率附近，即存在于近惯性内波中（Alford 和 Whitmont, 2007; Ferrari 和 Wunsch, 2009）。近惯性内波可以出现在海洋中的任何地方，其能量可以在短时间内迅速的上升或下降，并且随位置的变化也很大（Fu, 1981; Alford 和 Whitmont, 2007）。根据现有的观测数据，在全球范围内，湾流区域、黑潮延伸体区以及南大洋具有较强的近惯性内波运动（Chaigneau 等人, 2008）。海洋近惯性内波的生成机制有多种，包括风驱动 （D’Asaro 1985; Alford 2003b），特征纬度的谐波不稳定性（ PSI）（Alford, 2008; MacKinnon 和 Winters，2005; MacKinnon 等人, 2013），由地转流和底地形相互作用产生的Lee-Wave 驱 动 （ Nikurashin 和 Ferrari 2010a,b ） 以 及 非 平 衡 运 动 产 生（Vanneste, 2013; Alford 等人, 2013; Nagai 等人, 2015）。在这些机制中，风是近惯性内波的主要能量来源，即通过风与表面混合层中的惯性振荡之间形成的共振作用而产生近惯性内波。全球范围风输入近惯性能量的估计在 0.3-1.4TW之间（Watanabe 和 Hibiya, 2002; Alford, 2003b; Jiang 等人, 2005; Simmons 和 Alford, 2012; Furuichi 等人, 2008; Rimac 等人, 2013; Liu 等人, 2019）。这个能量估计的范围差异和波动大部分归因于这些估算中使用的风场数据的不同。但是，所有估算都表明风输入近惯性能量的强值区和上混合层内近惯性运动的强值区是一致的（Chaigneau 等...