Sóng biển và Sóng nội

Sóng mang năng lượng đi khắp đại dương mà không có sự vận chuyển khối lượng nước — từ sóng bề mặt do gió tạo ra và sóng lừng đi xa đến những sóng nội lớn hơn nhiều, chậm hơn, gợn sóng dọc theo các mặt phân cách mật độ sâu bên trong đại dương phân tầng.

Definition

Sóng biển là những nhiễu loạn dao động lan truyền dọc theo bề mặt biển (sóng bề mặt) hoặc dọc theo các mặt phân cách mật độ bên trong lòng đại dương phân tầng (sóng nội), được phục hồi bởi trọng lực và, đối với những sóng lớn nhất, được điều chỉnh bởi sự tự quay của Trái Đất.

Scope

Chủ đề này bao gồm sự hình thành, phân tán và lan truyền của sóng trọng trường bề mặt (sóng gió và sóng lừng), sự phát triển, vỡ và nông hóa của chúng; vật lý của sóng trọng trường nội trên sự phân tầng, bao gồm thủy triều nội; và vai trò của những sóng này trong việc vận chuyển năng lượng và thúc đẩy sự trộn lẫn.

Core questions

• Sóng gió phát triển, phân tán thành sóng lừng và di chuyển qua các bồn địa đại dương như thế nào?
• Mối quan hệ phân tán liên kết chu kỳ, bước sóng và tốc độ của sóng trong nước sâu và nước nông là gì?
• Sóng nội hình thành trên sự phân tầng mật độ như thế nào, và tại sao chúng lại lớn hơn nhiều so với sóng bề mặt?
• Sóng bề mặt và sóng nội vỡ truyền năng lượng thành nhiễu loạn và trộn lẫn như thế nào?

Key theories

Phân tán sóng tuyến tính

Sóng trọng trường bề mặt biên độ nhỏ tuân theo một mối quan hệ phân tán trong đó sóng dài hơn di chuyển nhanh hơn, do đó một phổ sóng do bão tạo ra tự sắp xếp thành sóng lừng có trật tự khi nó lan truyền ra xa nguồn của nó.

Sóng nội trên sự phân tầng

Trong một đại dương phân tầng ổn định, lực nổi hoạt động như một lực phục hồi cho sóng trọng trường nội có tần số nằm giữa tần số quán tính và tần số nổi, cho phép chúng lan truyền theo chiều dọc và chiều ngang qua bên trong.

Mechanisms

Gió truyền năng lượng và động lượng đến bề mặt biển, tạo ra một phổ sóng phân tán với những sóng dài hơn vượt qua những sóng ngắn hơn để tạo thành sóng lừng; khi sóng đi vào vùng nước nông, chúng nông hóa, dốc hơn và vỡ, giải phóng năng lượng. Sóng nội được tạo ra khi thủy triều và dòng chảy đi qua địa hình, lan truyền dọc theo sự phân tầng cho đến khi chúng vỡ và thúc đẩy sự trộn lẫn bên trong.

Clinical relevance

Dự báo sóng rất quan trọng đối với vận tải biển, kỹ thuật ngoài khơi và cảnh báo nguy hiểm ven biển, trong khi sóng nội vỡ cung cấp phần lớn sự trộn lẫn duy trì sự phân tầng và tuần hoàn lật đổ của đại dương sâu.

History

Lý thuyết toán học về sóng nước được Airy và Stokes phát triển vào thế kỷ XIX; công trình nghiên cứu giữa thế kỷ XX của Munk và những người khác về dự báo sóng và việc phát hiện ra sự lan truyền sóng lừng trên toàn bộ đại dương, cùng với lý thuyết sóng phổ của Hasselmann, đã thiết lập khoa học sóng hiện đại.

Key figures

• George Gabriel Stokes
• Walter Munk
• Klaus Hasselmann

Seminal works

• talley2011
• kundu2015

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa sóng biển và sóng lừng là gì?

Sóng biển (sea) dùng để chỉ những con sóng ngắn, dập dềnh vẫn đang được gió cục bộ đẩy đi, trong khi sóng lừng (swell) là những con sóng êm hơn, chu kỳ dài hơn đã vượt qua cơn bão tạo ra chúng và di chuyển rất xa trên đại dương.

Tại sao sóng nội thường lớn hơn nhiều so với sóng bề mặt?

Sóng nội lan truyền dọc theo sự khác biệt mật độ nhỏ giữa các lớp nước thay vì sự tương phản lớn giữa không khí và nước, do đó lực phục hồi yếu hơn và sóng có thể đạt chiều cao hàng chục mét trong khi vẫn ẩn dưới bề mặt.