內波內潮汐研究綜述

王博宇

（長江大學,武漢 430100）

1 內波、內潮汐的概念

一般來說，我們在沉積學中討論的內波指的是密度不一樣的兩個水層界面上的各個周期的水下波[1]。它的周期有的不足1分鐘，有的可保持好幾天，有的甚至更長，在這些水下波中，如果具有半日潮或日潮周期，就稱作內潮汐。

在絕大多數的海洋和湖泊中，我們都能發現內波[2]。其屬性有著非常大的變動，如周期、振幅、深度、傳播速度等。有的振幅可能高達百米，而有的則只有幾厘米，一般情況下振幅較大的內波存在于深水區域，而在水深較淺的區域內振幅偏小，波長大的甚至能達到數十千米，小的卻只有幾十厘米或者更小[3]。由于內波可能會有很大的振幅和波長，而且可以引起水體的快速流動，所以內波可成為海水混合和海底沉積物二次搬運的主要營力之一。

簡單的說，內波引起的所有不同周期的水體流動都可以稱作是“內波流”，單向優勢流，雙向交替流，還有內潮汐等都屬于內波流。

單向優勢是指在一個周期中，往一個方向流動的內波流占據了絕對的優勢，往其他方向流動的內波影響很小，無法改變這一單向優勢流的沉積作用，這種現象一般存在于細狹的水域。

雙向交替流指的是，相鄰的兩個周期間，水流方向被內波流主導著發生相互交替，并且交替方向一般相反。同樣也是在細狹的水域發育的比較廣泛。

內潮汐流作用下形成的水體流動被稱為內潮汐流，它既可以是雙向的也可以是多向的，一般在比較開闊的水域中發育較多。

2 內波、內潮汐作用方式

2.1 內潮汐和長周期疊加內波

目前對于內潮汐，普遍認為其生成機理為:在引力的作用下，分層的海水流動時遇到劇烈變化的地形而形成的。比如陸架的坡折處、海底的峽谷、海山、嶺、溝等。內潮汐是線性或弱線性內波，并且具有日潮汐或半日潮周期。如果不考慮淺水區域的季節性溫鹽躍層，就能將溫鹽躍層比較穩定的海水介質看做是雙層的水體，便可以用內波的界面波模型去模擬內潮汐，我們會發現內潮汐與表面潮汐的作用非常相似，也對海底的地形產生正壓作用。

內潮汐與海底地形互相作用時發生破碎，分成上升流和下降流，此種流動可能就是在海底峽谷觀測到的雙相交替流，它與內波沒有破碎時引起的與內波傳播方向相反的流動不同。另外，已有的海底沉積物會被破碎的內潮汐所產生的紊流剝蝕和搬運，這個現象可以分成三個過程:破碎過程、向上沖刷過程和回流過程。破碎時，利用內潮汐與地形相互作用時產生的紊流和瞬間出現的渦動，使沉積在海底的物質被剝蝕并且向上懸浮，然后往斜坡的上方進行搬運但不沉積;向上沖刷過程中，則有向斜坡上方傾的交錯層理，且位于破碎帶的附近，上一過程中被懸浮的粗顆粒或泥粒會快速沉積下來，變為透鏡體或有上傾紋層的透鏡體;回流過程中，沉積物就會被底載荷運移，成為向斜坡下方傾斜的交錯層理。

周期較長的內波和內潮汐疊加所引起的單方向優勢流與上述情況類似，長周期內波破碎時，會產生長時間的上升流或下降流，這時要是有另外一個內潮汐也同時破碎，它產生的上升下降流就與周期較長的內波產生的重疊，流向則會長時間朝一個方向。但是從目前觀測到的斜坡上的單向交錯層理來看，長周期內波和內潮汐疊加而成的特殊內波沉積所出現的情況很小，新的內波破碎也還是會引起雙向的流動，從而產生雙向交錯層理。

2.2 短周期內波

短周期內波有大振幅孤立內波(非線性)、小周期線性內波和高頻隨機內波。同樣，淺水季節性溫鹽躍層不考慮的情況下，短周期內波在穩定性溫鹽躍層上，也能將內波的界面波模型用來進行短周期內波的描述。如果海水是連續層化的，周期較短的內波頻率較為接近該水域海水微團受力在鉛直方向上自由振蕩的頻率時，內波傳播的方向近乎為水平方向。

假設把短周期內波看作正向壓迫海底地形，剝蝕、搬運和沉積過程就都能夠運用海岸環境中表面波的作用模式進行解釋了。我們可以將穩定溫鹽躍層和海底斜坡看成相交狀，讓內波傳播的方向與斜坡等深線相垂直，即波峰與斜坡平行。當內波與海底接觸到其破碎之前，波形會發生改變，海底則出現振蕩流，我們就能看見丘狀交錯和浪成波紋層理。內波破碎以后，水體會涌向斜坡的上方，再因為重力向下回流，產生雙向交替流動，然后我們就會在沉積物上看到雙向交錯層理。內波與海底接觸到其破碎之前，水體的流動和內潮汐比較類似，只是不占據主導的地位。內波能量足夠強的情況下，在破碎帶向斜坡方向也有可能形成沖洗帶。斜坡的更上方，可能出現兩種情況：深水的細微顆粒沉積，和因能量減弱，橫向上會沉積為近乎對稱的構造。

[1]LaFond E C. InternaI waves[J]// Fairbridgy R W. The EncycIopedia of Oceangraphy. New York: ReingoId, l966: 402-408.

[2]高振中,何幼斌,羅順社等. 深水牽引流沉積 內潮汐-內波和等深流沉積研究[M]. 北京:科學出版社,l996.

[3]楊樹珍.我國內波研究取得新進展[J].海洋信息,l994(06):3-4.

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