非线性内波能量传递的实验研究

海洋内波在海洋中是普遍存在的，大内孤立波振幅常常超过100m，携带巨大的能量。受到研究技术所限，内孤立波传播时的能量传递问题一直没有得到很好的解决。本课题拟采用实验室实验的方法，应用国际先进的流场与密度场测量技术研究内孤立波生成、传播和耗散过程中的时空（二维空间的演化）物理特性，精确测量能量的时空分布与传递，评估非线性内波在能量级串中的作用。内容包括：i）正压潮流与大尺度地形相互作用生成非线性内孤立波；ii）非线性内孤立波的稳定传播；iii）陆架地形区域非线性内孤立波的源与汇。核心内容是测量各过程中能量的分布与传递。本课题的研究对于估算全球非线性内孤立波总的能量通量，弄清楚小尺度能量传递过程及产生海洋混合的机制都有很大的益处，同时可以改进海洋模式参数化过程，为数值模拟结果提供验证参考。

海洋内波，例如内重力波或者惯性内波常常发生在密度稳定层化海洋的内部。内波的生成和破碎往往产生强烈的混合，而这一混合在将海洋大尺度运动能量传递给小尺度的过程中扮演着重要的角色［Wunsch and Ferrari, 2004］。最近二十多年的研究表明，海洋中的内波主要是由潮流越过海底山脊和陆架陆坡区生成的[Munk and Wunsch, 1998]。.本研究采用实验室实验的方法，研究内波的生成、传播、耗散以及能量传递问题。内容包括三部分：1）潮流与大尺度山脊地形相互作用时非线性内波的生成及能量转化；2）粗糙底地形对稳定传播的非线性内波的影响；3）陆架陆坡非线性内波的源与汇。.我们进行了以下六个实验：第一部分、潮流与大尺度山脊地形相互作用时非线性内波的生成及能量转化：(i)、山脊地形运动产生内波的实验研究(ii)、非线性内孤立波过山脊地形的演化及其能量耗散。第二部分、粗糙底地形对稳定传播的非线性内波的影响：(iii)、内孤立波稳定传播时诱导流场和密度场的实验；(iv)、粗糙地形对非线性内波波形及能量传递的影响实验；第三部分、陆架陆坡非线性内波的源与汇：(v)、光滑与粗糙地形生成内潮的实验模拟；(vi)、两种陆架地形（有奇点和无奇点）生成内波的实验模拟。.我们完成了上述所有实验，并且取得了很好的进展。例如，我们在实验室中定量研究了两种陆架地形生成内波的联系与差异。实验结果表明，陆架坡折处陡峭程度对陆架区域生成内波空间结构有重要影响。当振荡正压潮流越过陡峭陆架坡折地形并与斜坡不共振时，内波生成三条能量射线，而当陆架坡折为平缓时只生成两条能量射线。此外，我们比较了这些射线的流量，宽度和动能通量并发现由振荡正压潮及陆架坡折相互作用生成的内波位相落后于正压潮流的位相。我们的这一发现得到了国际上的认可，文章发表在GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS（2012）上。此外，投稿论文两篇（EI收录），发表论文两篇（SCI收录）。