海洋内部波の特徴は何ですか?海洋内部波の研究の現状はどうなっていますか?

今日は、Interesting Historyの編集者が海洋内部波の特徴と研究状況をお伝えします。ご興味のある読者は編集者をフォローしてご覧ください。

内部波動力学では、波エネルギーの獲得と消散、および異なる周波数と波数の内部波間の伝達メカニズムを研究します。この研究はまだ初期段階です。内部波は、気圧の変化、風圧、表面波、大規模および中規模平均流、表面混合層の乱流、変化する海底地形を通過する潮流によって発生することがあります。

GM モデルでは線形仮定が導入されていますが、実際の内部波は非線形です。異なる周波数と波数を持つ内部波は、非線形相互作用を通じてエネルギーを交換し、垂直波数の低い内部波のエネルギーを垂直波数の高い内部波に伝達します。垂直波数が大きい内部波は簡単に破壊され、混合されて微細構造を形成します。

速度の不均一性が著しくなり、乱流が発生しやすくなります。したがって、内部波のエネルギーは、より小規模な乱流と微細構造に伝達されます。

さらに、内部波の波動エネルギーは、臨界層におけるより大規模な平均流によって吸収されます（臨界層吸収）。したがって、内部波は、大規模、中規模、小規模のさまざまな規模で海洋全体の動きに積極的に関与しています。

海洋内部波研究の現状

1893年から1896年にかけての北極探検中、F・ナンセンは船の速度が不可解に低下していることに気づいた。研究によると、船が非常に浅い密度のジャンプ層の上を航行する場合、その力によってジャンプ層に内部波が発生し、船の運動エネルギーが消費されて大幅に減速することが分かっています。この現象は「停滞水」と呼ばれます。

密度ジャンプ層の変動に関する理論的研究は半世紀前に遡ります。 GG ストークスは 1847 年に 2 つの均一な流体層の界面における界面波 (内部波の特殊なケース) を研究し、その後 JWS レイリーが連続成層の場合を研究しました。実際の内部波の研究は、観測の難しさから、長い間ほとんど進展がありませんでした。

1940 年代以降、温度計と深度計が発明され、さまざまな迅速かつ集中的なサンプリング調査機器と方法が登場したことにより、内部波の調査が急速に行われるようになりました。ランダムデータ処理方法、特にスペクトル解析技術の使用により、内部波の研究は新たな段階に進みました。

1960 年代後半から 1970 年代前半にかけては、海洋内部波の研究が急速に発展した時期でした。G. Garrett と W. Monk (1972) は、海洋内部波スペクトル モデル (GM モデル) を提唱しました。モデルは、境界から遠く離れた、速度勾配が大きくない表面および海底の領域では測定データとよく一致しています。しかし、これは現象の統計的な記述に過ぎず、内部波の物理的メカニズムを明らかにすることはできません。

それにもかかわらず、それは内部波データ分析の基準であり、さらなる理論的研究の出発点であり、したがって内部波研究における画期的な出来事として歓迎されています。

現在、研究の焦点は、海洋の主要サーモクライン上下の比較的単純な内部波から、上層、下層、大陸斜面の複雑な内部波へと移り、また、現象の単純な記述から、海洋全体の動きの観点から、内部波エネルギーの生成、伝達、消散のメカニズム、および内部波と他の海洋の動きとの関係の研究へと移っています。同時に、生産や軍事に密接に関連する応用研究も行っています。