海洋內(nèi)波預(yù)報(bào)技術(shù)研究的必要性與可行性初探

摘 要：當(dāng)前，隨著經(jīng)濟(jì)全球化的快速發(fā)展，各個(gè)國家對于資源、能源的需求量也是呈現(xiàn)出不斷上升的趨勢。海洋面積是地球表面積的71%，其蘊(yùn)藏的資源、能源也是較為客觀。在這樣的背景下，人類對于海洋的開發(fā)與研究也是隨之增加。其中，海洋內(nèi)波作為眾多海洋波動(dòng)現(xiàn)象之一，不僅是表現(xiàn)出區(qū)別于普通表面波浪的特性，還會(huì)對海洋石油平臺、儲油纜線、海洋管線以及水下核潛艇活動(dòng)產(chǎn)生相應(yīng)的影響。因此，研究海洋內(nèi)波有著重要的經(jīng)濟(jì)意義與軍事意義。本文根據(jù)當(dāng)前海洋內(nèi)波研究的現(xiàn)狀，對海洋內(nèi)波預(yù)報(bào)技術(shù)研究的必要性與可行性進(jìn)行全面的分析，進(jìn)一步發(fā)揮海洋內(nèi)波的積極作用，降低海洋內(nèi)波消極作用帶來的影響。

關(guān)鍵詞：海洋內(nèi)波；預(yù)報(bào)技術(shù)；荷載；必要性；可行性

引言

自海洋內(nèi)波作為眾多海洋波動(dòng)現(xiàn)象之一被發(fā)現(xiàn)以來，已經(jīng)超過一個(gè)世紀(jì)的時(shí)間了，然而，由于海洋內(nèi)波本身所具有的的復(fù)雜性，導(dǎo)致人們對于這種海洋波動(dòng)的了解相對較少。再加上為了建立相應(yīng)的海洋內(nèi)波控制方程，不僅是要考慮到海洋波動(dòng)本身的影響因素，還要考慮到垂直方向上海水密度的變化。在這樣的背景下，研究海洋內(nèi)波的難度就大大的提升了。而由于海洋內(nèi)波容易引起石油平臺的位移、管線破裂以及儲油纜繩斷裂等問題，更是大大提升了海洋內(nèi)波研究的實(shí)踐意義。因此，建立起海洋內(nèi)波預(yù)報(bào)已然成為當(dāng)前時(shí)代發(fā)展所必須的研究的內(nèi)容之一。

一、海洋內(nèi)波概述

1.海洋內(nèi)波的內(nèi)涵

所謂海洋內(nèi)波，實(shí)際上是指在海洋內(nèi)部生成的并傳播的一種海洋波動(dòng)現(xiàn)象，這種海洋波動(dòng)幾乎是貫穿了整個(gè)海洋全深度的波動(dòng)。最早觀測到海洋內(nèi)波現(xiàn)象的是挪威探險(xiǎn)家Nansen，在其1883年開始的北極考察中，由于海水明顯的分層觀測到這種海洋內(nèi)波現(xiàn)象。在之后的研究中發(fā)現(xiàn)，海洋內(nèi)波現(xiàn)象的形成必須要要有兩個(gè)充要條件：一個(gè)是海水密度穩(wěn)定且存在分層；另外一個(gè)關(guān)鍵條件是要有相應(yīng)的擾動(dòng)能源，這兩個(gè)因素是形成海洋內(nèi)波現(xiàn)象的條件，缺少任何一個(gè)條件都是很難形成這種現(xiàn)象。相對于其他的海洋波動(dòng)來說，海洋內(nèi)波現(xiàn)象具有著較強(qiáng)的隨機(jī)性，其波形不僅是周期分布范圍廣、波幅范圍大，其波長還明顯的較長。就是比較常見的海洋內(nèi)波的波長也有著幾十米甚至還可以達(dá)到幾十千米，其周期也可以橫跨幾分鐘到幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間，波幅常見的也是幾米到幾十米的都有。

2.海洋內(nèi)波的作用

對于海洋內(nèi)部來說，其作用范圍較為廣闊，不僅是會(huì)對海洋石油平臺產(chǎn)生影響，還會(huì)對一些海洋軍事項(xiàng)目產(chǎn)生影響。舉例來說，海洋內(nèi)波地對于核潛艇的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也是會(huì)產(chǎn)生較大的影響，由于海洋內(nèi)波的作用，不僅是會(huì)增加核潛艇航行中的阻力，還會(huì)在航速變化的過程中導(dǎo)致核潛艇的機(jī)動(dòng)性能下降。不僅如此，海洋內(nèi)波還會(huì)對水聲學(xué)相關(guān)的工作產(chǎn)生不利影響，像是物體探測以及聲學(xué)導(dǎo)航與定位等，這種影響主要是通過海洋內(nèi)波的作用引起了等密度面波動(dòng)以及內(nèi)波破碎導(dǎo)致溫鹽細(xì)結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，這種變化對使得海水的聲學(xué)特性發(fā)生變化，進(jìn)而對于聲波的探測的效率就會(huì)相應(yīng)降低。

總之，海洋內(nèi)波對于當(dāng)前的社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的作用，需要在實(shí)際發(fā)展的過程中，進(jìn)一步對這種海洋波動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行研究。

二、海洋內(nèi)部預(yù)報(bào)技術(shù)研究的重要性

在明確海洋內(nèi)波概念、作用的基礎(chǔ)上，研究海洋內(nèi)波的預(yù)報(bào)技術(shù)就有了重要的意義。本文結(jié)合實(shí)際分析，認(rèn)為海洋內(nèi)波預(yù)報(bào)技術(shù)研究有著如下幾點(diǎn)重要性：

1.海洋內(nèi)波預(yù)報(bào)技術(shù)能夠有效預(yù)測水下環(huán)境變化

由于海洋內(nèi)波是當(dāng)前海洋中較為常見的一種波動(dòng)現(xiàn)象，且其波長、波幅以及周期范圍都是相對較大，在這樣的背景下，就會(huì)對海洋層結(jié)狀況產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的影響，而借助于海洋內(nèi)波預(yù)報(bào)技術(shù)能夠有效地對這種變化進(jìn)行探測，并給出相應(yīng)的變化范圍，在實(shí)際使用的過程中能夠確保海洋下的核潛艇有效航行。不僅如此，還可以根據(jù)某一海洋區(qū)域捏海洋內(nèi)波的穩(wěn)定變化，給海上油田平臺的建設(shè)提供相應(yīng)的參考，盡可能的避免海上石油平臺位移現(xiàn)象的發(fā)生。

2.海洋內(nèi)波預(yù)報(bào)技術(shù)能夠提升海洋生產(chǎn)的效率

海洋占據(jù)著地球上最大的面積范圍，不僅是蘊(yùn)含著較多的資源、能源，還有著巨大的開發(fā)潛力。自從海洋開發(fā)以來，人類自海洋中獲取到了較多的財(cái)富。而隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對資源、能源的需求量也是呈現(xiàn)出一個(gè)快速上升的趨勢。在這樣的背景下，海洋內(nèi)波預(yù)報(bào)技術(shù)就能夠有效地滿足這一需求。相對來說，在海洋開發(fā)的過程中，半潛式鉆井平臺是人類開發(fā)海洋的重要方式之一，在起修建的過程中，需要綜合考慮海洋洋流情況、海洋內(nèi)波情況以及本海域的潮汐等多個(gè)方面因素的影響，借助于海洋內(nèi)波預(yù)報(bào)技術(shù)就可以有效地實(shí)現(xiàn)對海洋內(nèi)波的變化進(jìn)行檢測的目的，大大的提升了半潛式鉆井平臺的修建，對于海洋的開發(fā)具有重要的意義。

3.海洋內(nèi)波預(yù)報(bào)技術(shù)能夠改善航海安全性

海洋內(nèi)波作為一種密度穩(wěn)定層的海洋水體內(nèi)波的波動(dòng)，是一種典型的重力波，這種波動(dòng)較為緩慢，但是，一旦發(fā)生作用就會(huì)對海洋上的船只產(chǎn)生較大的影響。舉例來說，當(dāng)海洋內(nèi)部形成共振以后，就會(huì)造成船體的沉沒。像是1963年美國“長尾鯊”號核潛艇的突然沉沒問題，就是由于在潛艇下潛的過程中遭遇到了強(qiáng)烈的內(nèi)波，在這種內(nèi)波的作用下導(dǎo)致整個(gè)潛艇的破碎。因此，對海洋內(nèi)波進(jìn)行預(yù)測，不僅是能夠大大的提升海洋利用的效率，還能夠可以提升海洋開發(fā)的安全性。

三、海洋內(nèi)波預(yù)報(bào)技術(shù)研究的可行性

海洋內(nèi)波研究對于海洋的開發(fā)與利用具有重要的意義，為了實(shí)現(xiàn)海洋內(nèi)波預(yù)報(bào)的目的，本文對該技術(shù)的可行性進(jìn)行全面的分析。

1.海洋內(nèi)波預(yù)報(bào)的觀測與SAR遙感技術(shù)

相對來說，為了實(shí)現(xiàn)對海洋內(nèi)波預(yù)報(bào)的目的，需要結(jié)合現(xiàn)有的研究技術(shù)進(jìn)行再次開發(fā)與利用。當(dāng)前海洋觀測與SAR遙感技術(shù)已經(jīng)較為成熟，在我國的多個(gè)海域中也是得到了廣泛的應(yīng)用。因此，在海洋內(nèi)波預(yù)報(bào)技術(shù)研究的過程中，可以有意識的應(yīng)用這些技術(shù)。舉例來說，在我國的黃海海域中，借助于SAR遙感技術(shù)已然對黃海內(nèi)部的非線性內(nèi)波進(jìn)行了深入的研究，不僅是發(fā)現(xiàn)了當(dāng)前黃海海域中非線性內(nèi)波多集中于靠近韓國的附近，并且還發(fā)現(xiàn)這種海洋內(nèi)波之間還存在著波波之間的相互作用。另外，借助于數(shù)值模擬方法研究本還海域的海洋內(nèi)波，還發(fā)現(xiàn)這種內(nèi)波呈現(xiàn)出一種自生成源出向著海岸方向以內(nèi)濤的形式傳播，而海岸的反向則是以一種孤立波的形式進(jìn)行傳播。在明確此處海洋內(nèi)波的變化之后，就可以根據(jù)本地區(qū)的情況采取合理的開發(fā)形式。

2.海洋內(nèi)波預(yù)報(bào)的數(shù)值模型

在一些深水大洋中，由于慣性內(nèi)波的能量相對較高，在與中緯度的海洋混合的過程中發(fā)生著重要的變化。這種變化對于陸架海域內(nèi)潮的能量產(chǎn)生了較大的影響，甚至?xí)?dǎo)致海洋環(huán)境的較大變化。借助于海洋內(nèi)波預(yù)報(bào)的數(shù)值模型，能夠?qū)⑦@種內(nèi)潮的生成情況進(jìn)行合理的分析，不僅是能夠有效地解決海洋內(nèi)波的傳播問題，還能夠在此基礎(chǔ)上解決陸架海域內(nèi)波向岸傳播而引起的一系列問題。當(dāng)前，借助于已有的技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對南海東北部深水海盆以及陸坡區(qū)域的研究，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)的海域中存在著大振幅的內(nèi)孤立波的傳播，且與其他海域的孤立波的傳播與演變之間有著較大的區(qū)別。

總之，結(jié)合已有的技術(shù)，大大的提升了海洋內(nèi)波預(yù)報(bào)技術(shù)研究的可行性，需要在未來進(jìn)一步將這些技術(shù)進(jìn)行開發(fā)與擴(kuò)展。

四、結(jié)論

海洋內(nèi)波預(yù)報(bào)技術(shù)對于當(dāng)前海洋的開發(fā)與利用有著重要的意義，本文結(jié)合當(dāng)前已有的研究成果，對海洋內(nèi)波預(yù)報(bào)技術(shù)研究的重要性與可行性進(jìn)行了相應(yīng)分析，旨在進(jìn)一步促進(jìn)海洋內(nèi)波預(yù)報(bào)技術(shù)的發(fā)展。

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作者簡介：

單哲毅（1996-）、男、漢、天津、國防科技大學(xué)氣象海洋學(xué)院、本科、軍事海洋學(xué)