揭秘巴厘海的隐秘波动，从Sentinel-1A数据看内部波的形成与传播

巴厘海位于印度尼西亚巴厘岛北部，深度可达1500米。该海域受马卡萨尔印尼贯流（ITF）、季风洋流和通过龙目海峡的印度洋影响。龙目海峡是ITF的出口之一，南部的龙目海峡深度约为250米，被认为是内部波生成区。

内部波是发生在海平面以下的波动，通常由不同密度的流体层与海底地形相互作用引起，并由潮汐流生成。研究表明，龙目海峡的潮汐流在涨潮期间向北流动，在退潮期间向南流动，导致密度跃层在涨潮期间下沉至约400米。这种潮汐流动产生了内部波的波峰和波谷，并沿着波的传播路径交替上升和下降。

本研究利用Sentinel-1A雷达卫星影像和CROCO海洋环流模型进行内部波的检测和分析。结果显示，孤立波包主要分布在两个区域：龙目海峡附近的生成区和巴厘海西部及北部的传播区。随着波的传播，波峰的长度逐渐增加。

研究结果表明，巴厘海的内部波在生成和传播过程中表现出明显的表面特征。模型模拟显示，潮汐流动导致的密度跃层变化是内部波形成的主要机制。此外，内部波的传播路径和波峰波谷的交替运动也得到了验证。这些发现对于理解海洋内部波的动态过程及其对海洋混合和生态系统的影响具有重要意义。

参考文献：A Lukman，AS Atmadipoera，D Nugroho，G Harsono， Characteristics of internal waves in the Bali Sea from Sentinel-1A data and ocean modeling.  Citation .（PDF） A Lukman et al 2024 IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 1350 012047  DOI 10.1088/1755-1315/1350/1/012047

一、什么是内部波，它们是如何形成的？内部波对海洋混合和物质输送有何影响？

内部波 是一种发生在海洋内部密度分层水层之间的波动现象。与我们常见的表面波（海浪）不同，内部波是在水下发生的，肉眼通常难以直接观测到。形象地说，内部波就像是在密度不同的液体分层中产生的波浪。 想象一下，在一个装满水的杯子里，上面一层是淡水，下面一层是盐水。如果轻轻搅动一下，在两个水层交界处就会产生波浪，这就是一种简单的内部波。

内部波是如何形成的？内部波的形成主要依赖于密度分层和扰动两个条件：

• 密度分层： 海水密度不是均匀的，由于温度、盐度等因素的影响，海水密度会随着深度的增加而发生变化。这种密度分层就像给海水划分了不同的“楼层”，为内部波的产生提供了舞台。
• 扰动： 海水中的各种扰动，如潮汐、风、海底地形变化等，都可以激发内部波。这些扰动就像是给平静的水面扔进了一颗石子，从而产生了波纹。

常见的内部波形成原因有潮汐作用、风力作用、海底地形变化、密度跃层的不稳定性等原因引起的。

• 潮汐作用： 潮汐运动会引起海水水平和垂直方向的振荡，从而激发内部波。
• 风力作用： 风吹过海面时，会产生摩擦力，推动海水运动，进而激发内部波。
• 海底地形变化： 海底山脉、海沟等地形变化会阻挡海水的流动，产生涡旋和波浪，从而激发内部波。
• 密度跃层的不稳定性： 密度跃层是海水密度变化最剧烈的区域，当其受到扰动时，容易产生内部波。

内部波通常发生在水下，不易被直接观测到。虽然不易察觉，但内部波携带有巨大的能量。内部波的传播速度比表面波慢得多。内部波可以传播很远的距离，对海洋环境产生广泛的影响。

内部波可以加速海水混合，促进物质在海洋中的输运。内部波可以影响海洋生物的分布和行为。内部波对海上平台、海底管道等海洋工程设施构成威胁。内部波参与海洋热量和盐度的输送，对气候变化产生影响。

总之，内部波是海洋中一种重要的动力过程，对海洋环境和气候系统具有重要影响。深入研究内部波的形成、传播和影响，对于我们更好地理解海洋过程、预测海洋灾害、保护海洋生态环境具有重要意义。

二、什么是Sentinel-1A数据？什么是CROCO模型？

Sentinel-1A数据和CROCO模型在研究巴厘海内部波中发挥了关键作用。

1、什么是Sentinel-1A数据？

Sentinel-1A是欧洲航天局（ESA）的一颗雷达卫星，能够提供高分辨率的海洋表面影像。其主要作用包括检测内部波的表面特征、监测波的传播路径等。

• 检测内部波的表面特征：雷达影像可以捕捉到海洋表面的细微变化，这些变化通常是由内部波引起的。通过分析这些影像，可以识别出内部波的波峰和波谷。
• 监测波的传播路径：Sentinel-1A数据可以连续监测内部波的传播路径，帮助研究人员了解波的生成和传播过程。

2、什么是CROCO模型？

CROCO（Coastal and Regional Ocean Community model）是一种高分辨率的海洋环流模型，能够模拟海洋中的物理过程。

• 模拟内部波的生成和传播：CROCO模型可以模拟潮汐流动和密度跃层的变化，从而再现内部波的生成和传播过程。
• 验证观测数据：通过将模型结果与Sentinel-1A的观测数据进行对比，研究人员可以验证模型的准确性，并进一步理解内部波的动力学机制。

通过结合Sentinel-1A数据和CROCO模型，研究人员能够获得更全面的内部波特征信息。这种方法不仅提高了观测的精度，还增强了对内部波形成和传播机制的理解。

三、龙目海峡的潮汐流动如何影响内部波的生成和传播？

龙目海峡的潮汐流动对内部波的生成和传播有显著影响。

龙目海峡的潮汐流动主要由半日潮和全日潮主导。半日潮的潮汐流动在涨潮和退潮期间会产生强烈的水体运动，这种运动在海峡的狭窄区域和复杂地形下会引发内部波的生成。潮汐流动引起的水体上下运动会导致密度跃层的变化。密度跃层的上下波动是内部波生成的关键因素之一。

内部波在生成后，会沿着海峡的地形传播。由于龙目海峡的地形复杂，内部波的传播路径会受到地形的影响，表现出一定的空间不对称性。内部波在传播过程中，其振幅会受到海底地形和水深变化的影响。例如，研究表明，内部波在向北传播至浅水区时，振幅会显著减弱。内部波的能量在传播过程中会沿波峰线水平扩散，这种扩散效应会导致波的振幅逐渐减小。

研究发现，龙目海峡内孤立波在向北传播时的振幅比向南传播时大43%。这种差异主要是由于海峡两侧的坡度和水深差异所导致的。半日潮和全日潮对内部波的生成和传播都有重要影响。半日潮主要影响内部波的生成，而全日潮则会对其传播过程产生显著影响。

这些研究结果表明，龙目海峡的潮汐流动在内部波的生成和传播中起到了关键作用，理解这些机制对于预测和管理海洋动力过程具有重要意义。

四、巴厘海内部波的季节性变化特征是什么？

巴厘海内部波的季节性变化主要受到季风影响、潮汐作用、水文条件等多方面影响。

• 季风影响： 巴厘海地区受季风影响显著，季风的变化会引起海水的温度、盐度分布发生变化，从而影响密度分层，进而影响内部波的产生和传播。一般来说，在季风强烈的季节，内部波的活动也比较活跃。
• 潮汐作用： 潮汐是驱动内部波产生的重要因素之一。由于潮汐周期性变化，内部波的强度和频率也会呈现出季节性的变化。
• 水文条件： 包括海水的温度、盐度、密度等水文条件，这些因素的季节性变化都会对内部波产生影响。

在季风季节，由于风力作用和潮汐作用的增强，内部波的强度通常会增加。内部波的频率可能随着季节的变化而发生改变，这与潮汐周期和风场的季节性变化有关。内部波的传播方向也可能受到季节性变化的影响，主要受控于海流和风场的方向。

巴厘海内部波的季节性变化及其对生态系统的影响是一个复杂的过程，受到多种因素的共同作用。需要注意的是， 由于缺乏长期、连续的观测数据，我们对巴厘海内部波的季节性变化特征及其生态效应的认识还存在一定的局限性

五、思考

巴厘海内部波在传播过程中是否会发生非线性相互作用？这种非线性作用会对内部波的形态和能量产生怎样的影响？巴厘海内部波与其他尺度的海洋过程（如中尺度涡、大尺度环流）之间存在怎样的相互作用？这种相互作用如何影响内部波的演化？除了季节性变化，巴厘海内部波是否还存在更短时间尺度的变化？如月周期变化、事件性变化等。这些变化的驱动机制是什么？巴厘海内部波是否存在极端事件？如异常强烈的内部波或异常长时间的内部波活动。这些极端事件的触发条件和影响有哪些？

巴厘海内部波对不同生物类群的分布和丰度有何影响？是否存在一些生物对内部波环境有特殊的适应性？内部波对初级生产力、物质循环、能量流动等生态系统功能有何影响？内部波对碳循环、氮循环等生物地球化学循环有何影响？内部波对渔业资源的分布和洄游有何影响？能否利用内部波的特征来优化渔业资源的开发？

这些有趣的问题旨在激发你的思考，助你更深入地理解，希望能为你带来新的启示和帮助~~~

申明：内容来源于海洋资源ocean-resource创作，未经允许，不得转载，海洋资源ocean-resource保留追究法律责任的权利。