海浪与内波

波浪在海洋中传递能量，而非大量输送水体——从风产生的表面波和远距离传播的涌浪，到在分层海洋深处密度界面上起伏的更大、更慢的内波。

Definition

海浪是沿海面（表面波）或分层内部密度界面（内波）传播的振荡扰动，由重力恢复，对于最大的波浪，则受地球自转修正。

Scope

本主题涵盖了表面重力波（风浪和涌浪）的生成、色散和传播，它们的增长、破碎和浅化；分层内部重力波的物理学，包括内潮；以及这些波在能量输送和驱动混合中的作用。

Core questions

• 风浪如何增长、分散成涌浪并跨越海洋盆地传播？
• 在深水和浅水中，将波浪周期、波长和速度联系起来的色散关系是什么？
• 内波如何在密度分层上产生，为什么它们比表面波大得多？
• 破碎的表面波和内波如何将能量转化为湍流和混合？

Key theories

线性波色散

小振幅表面重力波服从色散关系，其中较长的波传播速度更快，因此风暴产生的波谱在远离其源头传播时会自行排序成有序的涌浪。

分层上的内波

在稳定分层的海洋中，浮力作为内重力波的恢复力，其频率介于惯性频率和浮力频率之间，使其能够在内部垂直和水平传播。

Mechanisms

风将能量和动量传递给海面，形成一系列波浪，其中较长的波浪跑赢较短的波浪，形成涌浪；当波浪进入浅水区时，它们会浅化、变陡并破碎，释放能量。内波在潮汐和水流流经地形处产生，沿分层传播，直到它们破碎并驱动内部混合。

Clinical relevance

波浪预报对于航运、海洋工程和沿海灾害预警至关重要，而破碎的内波提供了大部分混合，维持了深海的分层和翻转环流。

History

水波的数学理论由艾里（Airy）和斯托克斯（Stokes）在19世纪发展；20世纪中期，蒙克（Munk）等人关于波浪预报的工作以及涌浪跨越整个海洋传播的发现，加上哈塞尔曼（Hasselmann）的谱波理论，确立了现代波浪科学。

Key figures

• George Gabriel Stokes
• Walter Munk
• Klaus Hasselmann

Seminal works

• talley2011
• kundu2015

Frequently asked questions

海浪和涌浪有什么区别？

海浪指仍在受局部风驱动的短而紊乱的波浪，而涌浪是更平滑、周期更长的波浪，它们已经脱离了产生它们的风暴，并远距离跨越海洋传播。

为什么内波通常比表面波大得多？

内波是沿着水层之间微小的密度差异传播，而不是沿着巨大的空气-水界面传播，因此恢复力较弱，波浪可以达到数十米的高度，同时保持在水面以下。