切變波(shear waves )是指發生在切變界面上，由強速度剪下引起的，依賴灣流的運動而發生的波。
基本介紹
- 中文名：切變波
- 外文名：shear waves
- 定義：發生在切變界面上的波
簡介,特徵,參數,發生機制,研究歷史,切變波模擬,
簡介
發生在切變界面上，波動的幅度不大，對灣流的主流軸方向不構成的影響的波，稱為切變波。海洋切變波又稱為8天波，是由於其生命期約8天左右，其充分成長期約4~6d(10~150h)；波速30~60cm/s較為接近。
特徵
（1）切變波具有廣泛存在性和陣發性；
（2）切變波是由強速度剪下引起的，是由剪下流本身固有的不穩定性決定的；
（3）波動隨著振幅的增大而倒卷破碎，以暖水回流及冷水入侵形成的暖水舌和冷水楔結構；
（4）對強流與水體的交換輸運過程起著重要作用，影響海區的溫鹽結構和環流特徵；
（5）切變波發生具有季節性；
（6）切變波的發生是雙峰的；
（7）切變流的發生依賴灣流的運動。
參數
切變波的波長範圍48km-128km，測量平均值為75km。
切變波的波幅範圍9km-35km，測量平均值為17km。
切變波的周期，可以根據波動的普遍公式T=λ/C，由已知的波長和相速度來計算。相速度的平均值和標準差為100±26cm/s，周期為27±10h。
切變波的發生頻率，切變波是一種短暫現象，每次時間僅維持數日。
發生機制
大氣作用是切變波的激發機制，而強的切變流則是發生這種現象的必要條件。切變流的發生依賴灣流的運動，利用切變波的相速度可以測出灣流的局地流速。
風可能是切變波的激發機制。因為北風能引起西向的Ekman傳輸，與局地灣流反向流動，從而增強了相應切變效應。如果北風變成一種穩定的和盛大的大氣作用，這會造成一種均勻的表層漂流，上述的”增強效應“將會降低。另一方面，風的變化可能加大切變不穩定。按照這一假設，可以解釋已經觀測到的切變波事件的其他動態特徵：在研究海區，間歇的短期持續北風與多變風情僅發生在春、秋兩季。因為，切變波的發生應是雙峰的，由於一個天氣循環通常為5-7天，所以一次切變波事件的興衰過程也恰為一周。
研究歷史
切變波這種現象最初是在查爾斯頓隆起以北發現。
1979年，Legeckt猜想地形可能是其激發機制。
1981年，Lee通過衛星照片的分析，根據切變波在灣流北側無地形處也存在的事實向地形激發學說提出了挑戰。
1981年，Mollo一Christensen提出潮汐激發學說，鄭全安據切變波周期與潮汐周期相差太遠而否定了這種假設。
到80年代中期，人們用來支持或否定某種激發機制依賴的只是這種擾動的周期是否與切變波的周期相接近，這種觀點本身就是值得商榷的。通過實測資料建立切變波模型方面最有代表性的是Lee模式。
1988年，李立利用實測資料對Lee模式提出了一些定性改進。姜景忠的工作比較詳盡地介紹了黑潮和灣流區域切變波的特徵。
80年代以來有很多人試圖通過數值模擬的手段來揭示其形成機制。
Luther和Bane在忽略粘性和擾動非線性效應的條件下考慮水平及垂直剪下及海底地形，以小擾動隨空間的發展來模擬哈特勒斯角以南的灣流變異。
oey採用簡化的灣流模型得到了控制鋒面不穩定的兩個主要因子。
shen一Yu chao數值求解三維斜壓原始方程組時指出，初始不穩定小擾動的發展對緯度變化十分敏感，高緯海區發展較慢。
Douglas等的模擬證明小 擾動初期成長以正壓方式從平均流獲得能量。
鄭全安，通過大量衛星照片的動態分析著重討論了切變波的衰減過程，在驟置常條狀風及移動條狀風的條件下，可以激發出切變波。
Brooks在1983年指出，北卡羅萊納近海的切變波與局地風應力、風應力旋度和散度均無關係，提出切變波可能主要與灣流的不穩定性有關。
切變波模擬
從準地轉渦度方程出發利用偽譜方法對存在於大洋西邊界流強剪下區中的切變波的形成過程進行直接數值模擬。據K一H不穩定性理論，適當選取的初始擾動從平均運動中吸取能量而迅速成長。得到的等渦線的變化反映了渦對通過合併或撕裂方式成長為大渦的過程，而物質線的演化過程形象地再現了暖水回流和冷水入侵所形成的倒卷結構，與衛星照片顯示的結果非常相似。非線性作用使能量在不同尺度的運動間相互傳輸，值得注意的是，隨著擾動振幅的增大能量將從擾動運動返回平均運動，這相當於雷諾應力為負值。
（1）初始時刻在強剪下平均流的基礎上加入一定的小擾動，從準地轉渦度方程出發進行直接數值模擬，等渦線的變化規律反映了渦旋的成長過程，物質線隨時間的演化可以得到與實測特徵尺度相當的有倒卷結構的海洋切變波。
（2）湍流粘滯係數的增大使切變波縱向尺度變小，波數比和相位差的改變影響切變波的成長方式，但得到的大尺相干結構非常相似。
（3）從平均運動和擾動運動的總動能隨時間的變化可以看到由於雷諾應力改變符號造成的能量“鼓包“。
（4）旋轉系統使得剪下層的不穩定性受到一定抑制。
