開爾文波

開爾文波

開爾文波(Kelvin Wave)是發生在大氣或海洋中的,迎向地形邊界(例如海岸線)平衡科氏力的波動現象。開爾文波的一個特徵是非彌散性,也就是說,波峰的相速度與波能的群速度在所有頻率時均相等。這一特性意味著它在沿岸方向始終保持它的形狀。流體動力學意義上的開爾文波是超流體動力學中的一種大尺度的漩渦紊動模式;在氣象學和海洋學推導研究中,可以假定經線方向速度分量為零(也就是假定沒有南北向的流動,故可簡化動量及連續性方程)。

導致厄爾尼諾

開爾文波東進形成當前厄爾尼諾事件開爾文波東進形成當前厄爾尼諾事件
開爾文波是經由赤道附近由西向東吹的海面風颳起來的。原本赤道太平洋的東風會令海水在赤道西太平堆積,但西風爆發(Westerly wind burst)會將暖水推向太平洋中部,而促使當地的海水溫度上升;而且,信風的減弱會令在赤道西太平洋堆積的海水向東傾瀉,並產生開爾文波,並迫使東太平洋的斜溫層(海水溫度有明顯差別的層面)下降及令當地的海面溫度增加。於是,赤道西太平洋原先暖水的區域會往東移,並同時使整個降水區域同時向東移。由於降水區的移離,因此會引致原先擁有豐富降水的澳洲北部及印尼一帶發生乾旱,但令一方面卻又會為原先比較乾旱的南美洲西部帶來大量雨水,並令當地(秘魯厄瓜多一帶)發生水災及山洪暴發。這就是厄爾尼諾現象發生的過程。

海岸開爾文波

在固定水深(H)的成層大洋中,自由波沿海岸邊界(故其被自身困於海岸附近)以尺度為 30 km的開爾文內波形式傳播。這種波動稱為海岸開爾文波。利用 v = 0 的假設,可以解出海岸開爾文波相速度的頻率關係。(線性化後的)原始方程表示為以下形式(忽略 V 向動量方程):
連續方程(考慮水平向幅聚和幅散作用):
U 向動量方程(緯向風分量):
V 向動量方程(經向風分量):
若有條件可以說明科氏參數f 由右邊界條件下確定為常數,並且緯向風分量為0,那么原始方程可表為:
連續方程:
U 向動量方程:
V 向動量方程:
以上方程的解給出以下相速度:c2 = gH,這個結果與不考慮地球自轉時的淺水重力波速度相等。需要重視的是,對於隨波漂流的觀察者來說,海岸邊界(最廣幅度)在北半球始終處於右側,在南半球始終處於左側(也就是說,這種波動在西部邊界向赤道運動,在東部邊界向兩極運動;波動以類氣鏇的形式在海洋盆地中移動)。

赤道開爾文波

赤道帶本質上類似一個波導管的作用,導致擾動均被束縛在赤道附近,而赤道開爾文波正說明了這一事實;因為赤道的作用類似南、北半球的地形邊界,使這種波動與海岸束縛開爾文波十分類似。該波動的原始方程與推導海岸開爾文波相速度的方程一致(U向動量方程及連續性方程),且為單向、平行赤道的運動。因為該波動位於赤道,而科里奧利參數在0緯度時不存在;因此需要引入赤道β平面近似:::f = βy。這裡“β”為不同緯度的科里奧利變化參數。赤道平面假定需要向東的速度與南北向氣壓梯度間的地轉平衡。該波動的相速度與海岸開爾文波相同,表明赤道開爾文波向東傳播而不發生彌散(假設地球不發生鏇轉)。在首個大洋斜壓模型中,典型的相速度約為2.8 m/s,故赤道開爾文波從紐幾內亞跨越太平洋傳至南美洲約需2個月;對於更高級的大洋及大氣模型,相速度與流體流動速度相當。
對於赤道上向東傳播的運動,因為北半球的科氏力方向指向運動的右側,任何向北的偏離都會被帶回赤道;而因為南半球的科氏力方向指向運動的左側,任何向南的偏離也都會被帶回赤道。而對於沿赤道向西的運動,科氏力將不會恢復向南或向北的偏離,故赤道開爾文波只可能向東傳播(正如上文所述)。大氣及大洋的赤道開爾文波均會將西太平洋中的環境改變傳至東太平洋,從而在厄爾尼諾-南方濤動的動力條件中扮演重要角色。
目前有一些關於赤道開爾文波與海岸開爾文波間聯繫的研究。Moore (1968)發現當赤道開爾文波撞擊“東部邊界”,部分能量以行星波及重力波的形式反射回去,剩餘的部分能量則以海岸開爾文波的形式向兩極輸移。此過程表明從赤道區域傳出過程中將損失部分能量,且有部分能量將傳輸至兩極區域。
在表面風壓作用下,赤道開爾文波常伴隨一些異常現象。如風壓異常(偏離“正常”風)、20°C等溫線異常(水溫為20°C時的深度)。中太平洋的風壓正值異常(向東)激起20°C等溫線正值異常,並以赤道開爾文波的形式向東傳播。

海洋學及其相關知識

海洋科學是研究海洋的自然現象、性質及其變化規律,以及與開發利用海洋有關的知識體系。下面讓我們來完善與海洋學相關的詞條,以此來更加深入的了解海洋學的相關知識。
未充分成長風浪
富營養水
有限風時譜
有限風區譜
有機覆蓋層
有效波
有孔蟲軟泥
最適漁獲量
最小風時
最小風區
暴濤
暴涌
暖渦
太平洋赤道潛流
暖水舌
暖水種
暖水圈
晝夜垂直移動
乾式潛水
無節幼體
無生命帶
無潮點
無涌
無浪
無沾污采水器
無光帶
鏇轉潮波系統
鏇轉流
方解石補償深度
方解石溶解指數
方向波譜
帽狀幼體
斯韋爾德魯普波
斯托克斯波
常規潛水
太陰潮間隙
斜拖
斜坡式防波堤
斜向浪
斜壓海洋
斑礁
斑塊分布
敷管船
巨型浮游生物
放射蟲軟泥
支承結構
摩擦深度
描述海洋學
掩護水域
巨型動物
掠射角
崩碎波
季節性溫躍層
密度制約死亡率
捕撈能力
捕撈強度
振弦式海洋重力儀
揮發性有機碳
揮發性有機物
季節變化
擋潮堤
挾卷
實用鹽標
指示種
拖曳船模試驗池
拉索塔平台
擔輪幼體
抱球蟲軟泥
護面塊體
護岸工程
太陰潮
投棄式溫深計
岩灘
島架
定點觀測站
島式防波堤
懷卵量
微量營養物
微表層採樣器
微結構
微生物污著
微生態系
微生境
微浪
微大陸
微型浮游生物
微型底棲生物
微型動物
微分布
往複流
彈簧采泥器
島式碼頭
弧後擴張
弧後
島坡
弧前
層化海洋
尼斯金采水器
尖角壩
少種型大洋
小菌落
異常水位
異域分布
宇宙沉積
開闊海域
存活率
建設性板塊邊界
度洋中脊
龐加萊波
底表撬網
底表動物
小型底棲生物
底棲生物群落
底棲生物拖網
底棲生物學
底棲生物刮底網
小型實驗生態系
小型動物
底摩擦層
底層魚類
底層流
底層水
底內動物
廣食性動物
廣鹽種
廣溫種
廣深性生物
廣壓性生物
幼年個體
導航設備
導管架樁基平台
導堤
對馬海流
平面分布
太陽潮
平衡剖面
寡鹽種
平整冰
平底生物群落
孤立波
朔望潮
底波
恆化培養
方位改正
平衡潮
小型浮游生物
引潮勢
幼體
引力潮
對流混合
異質性
岸礁
挖泥船
護坡
太平洋板塊
懸浮物
弧前盆地
峽口
斷面觀測
斷層海岸
孔隙度
異養生物
捕食者
干擾加速度
巨浪
底棲動物
年齡組成
年代地層學
小潮
暖流
無震海嶺
整治工程
控制生態系實驗
捕食
捕撈過度
擋潮閘
打樁船
懸浮體
弧後盆地
引潮力
異重流
開爾文波
底棲生物
平頂海山
實用鹽度
平均海平面
孵化率
孵化
岬角
季風海流
季節變動
密度躍層
密度流
孔隙水
平潮
島弧
峽灣
岸冰
富營養化
寄生

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