Ondes océaniques et ondes internes

Les ondes transportent l'énergie à travers l'océan sans transport de masse d'eau — des ondes de surface générées par le vent et de la houle se propageant sur de longues distances aux ondes internes beaucoup plus grandes et plus lentes qui ondulent le long des interfaces de densité au sein de l'océan stratifié.

Definition

Les ondes océaniques sont des perturbations oscillatoires qui se propagent le long de la surface de la mer (ondes de surface) ou le long des interfaces de densité au sein de l'intérieur stratifié (ondes internes), restaurées par la gravité et, pour les ondes les plus grandes, modifiées par la rotation de la Terre.

Scope

Ce sujet couvre la génération, la dispersion et la propagation des ondes de gravité de surface (ondes de vent et houle), leur croissance, leur déferlement et leur rehaussement à l'approche des côtes ; la physique des ondes de gravité internes sur la stratification, y compris la marée interne ; et le rôle de ces ondes dans le transport d'énergie et l'entraînement du mélange.

Core questions

• Comment les ondes de vent se développent-elles, se dispersent-elles en houle et voyagent-elles à travers les bassins océaniques ?
• Quelle est la relation de dispersion qui lie la période, la longueur d'onde et la vitesse d'une onde en eaux profondes et peu profondes ?
• Comment les ondes internes apparaissent-elles sur la stratification de densité, et pourquoi sont-elles tellement plus grandes que les ondes de surface ?
• Comment les ondes de surface et internes déferlantes transfèrent-elles l'énergie en turbulence et en mélange ?

Key theories

Dispersion linéaire des ondes

Les ondes de gravité de surface de faible amplitude obéissent à une relation de dispersion selon laquelle les ondes plus longues se déplacent plus rapidement, de sorte qu'un spectre généré par une tempête s'organise en une houle ordonnée à mesure qu'il se propage loin de sa source.

Ondes internes sur la stratification

Dans un océan stablement stratifié, la flottabilité agit comme une force de rappel pour les ondes de gravité internes dont les fréquences se situent entre les fréquences inertielle et de flottabilité, leur permettant de se propager verticalement et horizontalement à travers l'intérieur.

Mechanisms

Le vent transfère de l'énergie et de la quantité de mouvement à la surface de la mer, générant un spectre d'ondes qui se dispersent, les ondes plus longues dépassant les plus courtes pour former la houle ; lorsque les ondes entrent en eaux peu profondes, elles se rehaussent, se raidissent et déferlent, libérant de l'énergie. Les ondes internes sont générées là où les marées et les courants s'écoulent sur la topographie, se propageant le long de la stratification jusqu'à ce qu'elles déferlent et entraînent le mélange interne.

Clinical relevance

La prévision des vagues est essentielle pour le transport maritime, l'ingénierie offshore et l'alerte aux risques côtiers, tandis que les ondes internes déferlantes fournissent une grande partie du mélange qui maintient la stratification et la circulation de retournement de l'océan profond.

History

La théorie mathématique des ondes aquatiques a été développée par Airy et Stokes au XIXe siècle ; les travaux du milieu du XXe siècle de Munk et d'autres sur la prévision des vagues et la découverte de la propagation de la houle à travers des océans entiers, ainsi que la théorie spectrale des ondes de Hasselmann, ont établi la science moderne des ondes.

Key figures

• George Gabriel Stokes
• Walter Munk
• Klaus Hasselmann

Seminal works

• talley2011
• kundu2015

Frequently asked questions

Quelle est la différence entre la mer du vent et la houle ?

La mer du vent désigne les ondes courtes et agitées encore générées par le vent local, tandis que la houle est constituée d'ondes plus lisses, de plus longue période, qui ont dépassé leur tempête génératrice et ont voyagé loin à travers l'océan.

Pourquoi les ondes internes sont-elles souvent beaucoup plus grandes que les ondes de surface ?

Les ondes internes se propagent le long de la faible différence de densité entre les couches d'eau plutôt que le long du grand contraste air-eau, de sorte que la force de rappel est plus faible et les ondes peuvent atteindre des dizaines de mètres de hauteur tout en restant cachées sous la surface.