海洋内波预报技术研究的必要性与可行性初探

摘 要：当前，随着经济全球化的快速发展，各个国家对于资源、能源的需求量也是呈现出不断上升的趋势。海洋面积是地球表面积的71%，其蕴藏的资源、能源也是较为客观。在这样的背景下，人类对于海洋的开发与研究也是随之增加。其中，海洋内波作为众多海洋波动现象之一，不仅是表现出区别于普通表面波浪的特性，还会对海洋石油平台、储油缆线、海洋管线以及水下核潜艇活动产生相应的影响。因此，研究海洋内波有着重要的经济意义与军事意义。本文根据当前海洋内波研究的现状，对海洋内波预报技术研究的必要性与可行性进行全面的分析，进一步发挥海洋内波的积极作用，降低海洋内波消极作用带来的影响。

关键词：海洋内波；预报技术；荷载；必要性；可行性

引言

自海洋内波作为众多海洋波动现象之一被发现以来，已经超过一个世纪的时间了，然而，由于海洋内波本身所具有的的复杂性，导致人们对于这种海洋波动的了解相对较少。再加上为了建立相应的海洋内波控制方程，不仅是要考虑到海洋波动本身的影响因素，还要考虑到垂直方向上海水密度的变化。在这样的背景下，研究海洋内波的难度就大大的提升了。而由于海洋内波容易引起石油平台的位移、管线破裂以及储油缆绳断裂等问题，更是大大提升了海洋内波研究的实践意义。因此，建立起海洋内波预报已然成为当前时代发展所必须的研究的内容之一。

一、海洋内波概述

1.海洋内波的内涵

所谓海洋内波，实际上是指在海洋内部生成的并传播的一种海洋波动现象，这种海洋波动几乎是贯穿了整个海洋全深度的波动。最早观测到海洋内波现象的是挪威探险家Nansen，在其1883年开始的北极考察中，由于海水明显的分层观测到这种海洋内波现象。在之后的研究中发现，海洋内波现象的形成必须要要有两个充要条件：一个是海水密度稳定且存在分层；另外一个关键条件是要有相应的扰动能源，这两个因素是形成海洋内波现象的条件，缺少任何一个条件都是很难形成这种现象。相对于其他的海洋波动来说，海洋内波现象具有着较强的随机性，其波形不仅是周期分布范围广、波幅范围大，其波长还明显的较长。就是比较常见的海洋内波的波长也有着几十米甚至还可以达到几十千米，其周期也可以横跨几分钟到几个小时的时间，波幅常见的也是几米到几十米的都有。

2.海洋内波的作用

对于海洋内部来说，其作用范围较为广阔，不仅是会对海洋石油平台产生影响，还会对一些海洋军事项目产生影响。举例来说，海洋内波地对于核潜艇的运动状态也是会产生较大的影响，由于海洋内波的作用，不仅是会增加核潜艇航行中的阻力，还会在航速变化的过程中导致核潜艇的机动性能下降。不仅如此，海洋内波还会对水声学相关的工作产生不利影响，像是物体探测以及声学导航与定位等，这种影响主要是通过海洋内波的作用引起了等密度面波动以及内波破碎导致温盐细结构的出现，这种变化对使得海水的声学特性发生变化，进而对于声波的探测的效率就会相应降低。

总之，海洋内波对于当前的社会经济的发展具有重要的作用，需要在实际发展的过程中，进一步对这种海洋波动现象进行研究。

二、海洋内部预报技术研究的重要性

在明确海洋内波概念、作用的基础上，研究海洋内波的预报技术就有了重要的意义。本文结合实际分析，认为海洋内波预报技术研究有着如下几点重要性：

1.海洋内波预报技术能够有效预测水下环境变化

由于海洋内波是当前海洋中较为常见的一种波动现象，且其波长、波幅以及周期范围都是相对较大，在这样的背景下，就会对海洋层结状况产生较为强烈的影响，而借助于海洋内波预报技术能够有效地对这种变化进行探测，并给出相应的变化范围，在实际使用的过程中能够确保海洋下的核潜艇有效航行。不仅如此，还可以根据某一海洋区域捏海洋内波的稳定变化，给海上油田平台的建设提供相应的参考，尽可能的避免海上石油平台位移现象的发生。

2.海洋内波预报技术能够提升海洋生产的效率

海洋占据着地球上最大的面积范围，不仅是蕴含着较多的资源、能源，还有着巨大的开发潜力。自从海洋开发以来，人类自海洋中获取到了较多的财富。而随着社会经济的快速发展，对资源、能源的需求量也是呈现出一个快速上升的趋势。在这样的背景下，海洋内波预报技术就能够有效地满足这一需求。相对来说，在海洋开发的过程中，半潜式钻井平台是人类开发海洋的重要方式之一，在起修建的过程中，需要综合考虑海洋洋流情况、海洋内波情况以及本海域的潮汐等多个方面因素的影响，借助于海洋内波预报技术就可以有效地实现对海洋内波的变化进行检测的目的，大大的提升了半潜式钻井平台的修建，对于海洋的开发具有重要的意义。

3.海洋内波预报技术能够改善航海安全性

海洋内波作为一种密度稳定层的海洋水体内波的波動，是一种典型的重力波，这种波动较为缓慢，但是，一旦发生作用就会对海洋上的船只产生较大的影响。举例来说，当海洋内部形成共振以后，就会造成船体的沉没。像是1963年美国“长尾鲨”号核潜艇的突然沉没问题，就是由于在潜艇下潜的过程中遭遇到了强烈的内波，在这种内波的作用下导致整个潜艇的破碎。因此，对海洋内波进行预测，不仅是能够大大的提升海洋利用的效率，还能够可以提升海洋开发的安全性。

三、海洋内波预报技术研究的可行性

海洋内波研究对于海洋的开发与利用具有重要的意义，为了实现海洋内波预报的目的，本文对该技术的可行性进行全面的分析。

1.海洋内波预报的观测与SAR遥感技术

相对来说，为了实现对海洋内波预报的目的，需要结合现有的研究技术进行再次开发与利用。当前海洋观测与SAR遥感技术已经较为成熟，在我国的多个海域中也是得到了广泛的应用。因此，在海洋内波预报技术研究的过程中，可以有意识的应用这些技术。举例来说，在我国的黄海海域中，借助于SAR遥感技术已然对黄海内部的非线性内波进行了深入的研究，不仅是发现了当前黄海海域中非线性内波多集中于靠近韩国的附近，并且还发现这种海洋内波之间还存在着波波之间的相互作用。另外，借助于数值模拟方法研究本还海域的海洋内波，还发现这种内波呈现出一种自生成源出向着海岸方向以内涛的形式传播，而海岸的反向则是以一种孤立波的形式进行传播。在明确此处海洋内波的变化之后，就可以根据本地区的情况采取合理的开发形式。

2.海洋内波预报的数值模型

在一些深水大洋中，由于惯性内波的能量相对较高，在与中纬度的海洋混合的过程中发生着重要的变化。这种变化对于陆架海域内潮的能量产生了较大的影响，甚至会导致海洋环境的较大变化。借助于海洋内波预报的数值模型，能够将这种内潮的生成情况进行合理的分析，不仅是能够有效地解决海洋内波的传播问题，还能够在此基础上解决陆架海域内波向岸传播而引起的一系列问题。当前，借助于已有的技术已经实现了对南海东北部深水海盆以及陆坡区域的研究，发现该地区的海域中存在着大振幅的内孤立波的传播，且与其他海域的孤立波的传播与演变之间有着较大的区别。

总之，结合已有的技术，大大的提升了海洋内波预报技术研究的可行性，需要在未来进一步将这些技术进行开发与扩展。

四、结论

海洋内波预报技术对于当前海洋的开发与利用有着重要的意义，本文结合当前已有的研究成果，对海洋内波预报技术研究的重要性与可行性进行了相应分析，旨在进一步促进海洋内波预报技术的发展。

参考文献：

[1]方欣华，杜涛.海洋内波基础和中国海内波[M].青岛：中国海洋大学出版社，2005.

[2]苗文举.内波对深水浮式平台总体性能的影响分析[D].哈尔滨工程大学，2011.

作者简介：

单哲毅（1996-）、男、汉、天津、国防科技大学气象海洋学院、本科、军事海洋学