直布罗陀海峡卡马里纳尔沙洲（Camarinal Sill）处产生的内孤立波的变异性

《Progress in Oceanography》：Variability of the internal solitary waves generated at Camarinal Sill in the Strait of Gibraltar

内部孤立波（ISWs）在直布罗陀海峡Camarinal Sill附近生成，通过实地测量和卫星图像揭示其复杂空间结构，发现两个波包有效传播导致不同观测信号，并分析其对远场非序贯模式的影响。

　　在海洋和湖泊中，内部孤立波（Internal Solitary Waves, ISWs）是一种常见的现象，特别是在存在强烈分层结构的区域。这些波是一种非线性内部波，其稳定性源于非线性陡化与非静力色散之间的平衡。ISWs通常在远离其生成区域数百公里的地方被观测到，表明它们具有显著的传播能力。当这些波发生破碎时，它们能够将大尺度的准地转强迫能量传递到小尺度的耗散过程中，从而增强垂直方向的混合过程。此外，ISWs在浅海区域的作用也十分明显，它们在搬运沉积物的过程中塑造海底地形，对海洋环境产生深远影响。

内部孤立波的生成通常与潮汐流和地形之间的相互作用密切相关。在地中海的直布罗陀海峡（Strait of Gibraltar, SoG），ISWs的活动尤为显著。该区域的水体密度差异决定了一个两层的非地转流动结构，即大西洋相对较温暖且含盐量较低的水体与地中海较冷且含盐量较高的水体之间形成了一条明显的密度界面。这个界面在整个年度中都保持稳定，为内部波的传播提供了通道。潮汐流在直布罗陀海峡中受到月球和太阳半日和日潮成分的影响，如M2、S2、O1和K1等。潮汐流的强度在直布罗陀海峡中从西向东逐渐减弱，而在Camarinal Sill（CS）区域，潮汐流最强，这是内部波生成的关键区域。

在Camarinal Sill区域，潮汐流与地形的相互作用是内部波生成的主要机制。当潮汐流达到足够强度，形成临界流时，会触发一系列的水动力过程，包括内部潮汐波的生成、孤立波的形成以及湍流混合的增强。这一过程通常发生在潮汐流从西向东流动的“涨潮”阶段，当水流速度下降至一定阈值时，临界流状态终止，形成一个向东传播的孤立波包。这一现象不仅在直布罗陀海峡中被广泛研究，也在其他类似区域如南海的吕宋海峡、苏禄海峡以及地中海的墨西拿海峡等地被观察到。

在直布罗陀海峡，内部孤立波的传播方向和特性受到多种因素的影响。例如，一些研究指出，内部孤立波可能在涨潮时向东传播，而在退潮时向西传播。此外，研究还发现，内部孤立波的传播速度可能受到非地转流动的影响，特别是在潮汐流强度较低的时期，这种影响更加显著。这些波的传播速度通常在2米/秒左右，表明它们在海洋环境中具有较高的能量传输效率。

内部孤立波的生成和传播不仅对海洋动力学有重要意义，还对海洋生态系统和人类活动产生潜在影响。由于内部孤立波具有较大的垂直速度，其运动可能对水下航行器和海底结构构成威胁。此外，这些波还可能通过改变海面粗糙度和波浪特性，影响海面观测和遥感技术的应用。例如，合成孔径雷达（SAR）图像和光学图像已被广泛用于识别和研究内部孤立波，这些技术能够提供高分辨率的海面波浪结构信息，从而帮助科学家更准确地理解内部波的生成机制和传播路径。

在直布罗陀海峡，内部孤立波的生成和传播过程复杂多变，涉及多种水动力机制和环境因素。例如，研究表明，内部孤立波的生成不仅依赖于潮汐流的强度，还受到季节性变化和气象条件的影响。在某些情况下，即使是非高潮的潮汐流也可能引发内部孤立波的生成，这可能与非地转流动的相互作用有关。此外，内部孤立波的传播方向和结构可能因不同的地形特征和水流条件而发生变化，这为研究其远场动力学提供了丰富的背景。

为了更深入地理解内部孤立波的生成机制和传播特性，科学家们利用了多种观测手段和技术。其中包括高频率的水文测量设备（如ADCP和CTD），这些设备能够提供详细的水流速度和温度剖面数据，从而揭示内部波的形成过程。此外，卫星遥感技术也被广泛应用于内部波的研究中，特别是合成孔径雷达（SAR）图像和光学图像，它们能够捕捉到海面的波浪结构，帮助科学家分析内部波的传播路径和形态变化。这些数据的结合为研究内部孤立波提供了多维度的视角，使得科学家能够更全面地理解其在不同时间和空间尺度上的表现。

内部孤立波的生成和传播不仅对海洋动力学研究具有重要意义，还对海洋资源管理和环境监测提供了关键信息。例如，内部孤立波的运动可能影响海洋中营养物质的分布和输送，进而影响海洋生物的生存环境。此外，内部孤立波的活动还可能对海底地形的演变产生影响，特别是在浅海区域，其搬运沉积物的能力可能改变海底地貌。因此，深入研究内部孤立波的生成机制和传播特性，不仅有助于提高我们对海洋动力学的理解，还能够为海洋资源的可持续利用和环境保护提供科学依据。

在直布罗陀海峡，科学家们通过长期的现场观测和卫星数据的分析，揭示了内部孤立波生成和传播的复杂性。研究发现，内部孤立波的生成并非单一过程，而是可能涉及多个波包的形成和释放。这些波包在释放后可能以不同的方向和速度传播，形成复杂的波群结构。此外，研究还指出，内部孤立波的传播可能受到非线性波波相互作用的影响，这种相互作用可能导致波群的重组和能量的重新分配。这些发现挑战了传统的单一波包生成模型，表明内部孤立波的生成和传播可能更加复杂和多样化。

随着观测技术的进步和数据处理能力的提升，科学家们能够更精确地捕捉和分析内部孤立波的动态过程。例如，高分辨率的数值模型已经被应用于研究直布罗陀海峡的内部波动力学，这些模型能够模拟潮汐流与地形的相互作用，以及内部孤立波的生成和传播过程。通过这些模型，科学家们可以预测内部孤立波的行为，评估其对海洋环境和人类活动的影响，并为未来的观测和研究提供指导。此外，现场观测数据的积累也为研究内部孤立波的季节性和年际变化提供了重要支持，使得科学家能够更全面地理解其在不同环境条件下的表现。

在直布罗陀海峡，内部孤立波的研究不仅限于其生成和传播过程，还包括其在远场区域的动力学影响。例如，研究发现，内部孤立波在传播过程中可能会经历能量耗散和结构变化，这些变化可能影响其对海洋环境的长期影响。此外，内部孤立波的活动可能对海洋中的物质输运和生态系统产生重要影响，例如促进营养物质的混合和扩散，影响海洋生物的分布和迁移。因此，深入研究内部孤立波的远场动力学，不仅有助于理解其在海洋中的作用，还能够为海洋环境保护和资源管理提供科学支持。

总体而言，内部孤立波的研究是一个多学科交叉的领域，涉及海洋动力学、遥感技术、数值模拟等多个方面。通过现场观测和卫星数据的结合，科学家们能够更全面地理解内部孤立波的生成机制和传播特性，揭示其在海洋环境中的重要作用。未来的研究将继续利用先进的观测技术和数值模型，进一步探索内部孤立波的动力学过程，评估其对海洋生态系统和人类活动的影响，并为海洋资源的可持续利用和环境保护提供科学依据。