Wind-generated internal waves and intertial-period motions

Summary

The ocean is subdivided into a homogeneous upper layer (Ekman layer) and a continuously stratified lower layer. Horizontal velocities which in analogy to Fredholm's solution contain inertial oscillations, are generated in the upper layer by the tangential stress of the wind field varying both in space and time. The spatial structure of the wave field corresponds to that o the stress field. If the surface remains at rest (ζ=0), vertical motions result from the horizontal oscillations. At the bottom of the Ekman layer the spatial structure of these vertical motions is proportional to divergence and rotation of the wind stress. Internal waves of the lower layer which primarily have periods approaching the inertial-period are generated by the vertical velocity field at the bottom of the Ekman layer (Ekman suction). Their structure is essentially more complicated than near the surface. Beats are a common phenomenon due to the superposition of internal modes.

Zusammenfassung

Das Meer wird in eine homogene Deckschicht (Ekmansche Reibungsschicht) und eine kontinuierlich geschichtete innere Region unterteilt. Die raum-zeitlich variable tangentiale Schubspannung erzeugt in der Deckschicht Horizontalgeschwindigkeiten, denen analog der Fredholmschen Lösung Trägheitswellen aufgeprägt sind. Ihre räumliche Struktur ist mit der des Schubspannungsfeldes identisch. Wenn keine Stauerscheinungen auftreten (ζ=0), werden durch diese Horizontalbewegungen Vertikalbewegungen bedingt. An der Untergrenze der Ekman-Schicht ist deren räumliche Struktur der Divergenz und Rotation des Schubspannungsfeldes proportional. Das Vertikalgeschwindigkeitsfeld an der Untergrenze der Deckschicht erregt interne Wellen in der unteren Region, die vorwiegend Perioden in der Nähe der Trägheitsperiode aufweisen. Ihre Struktur ist wesentlich komplizierter als in der Deckschicht. Insbesondere zeigen sich Schwebungen.

Résumé

L'Océan se divise en une couche supérieure homogène (couche d'Ekman) et une couche inférieure stratifiée d'une façon continue. Les vélocités horizontales, affectées, par analogie avec la solution de Fredholm, d'oscillations dues à l'inertie, prennent naissance dans la couche supérieure par suite de l'effort tangentiel du champ du vent, variable à la fois dans l'espace et dans le temps. La structure du champ du vent, dans l'espace, correspond à celle du champ de l'effort. Si la surface reste calme (ζ-0) les mouvements verticaux sont dus aux oscillations horizontales. Au fond de la couche d'Ekman, la structure dans l'espace de ces mouvements verticaux est en rapport avec la divergence et la rotation de l'effort du vent. Les ondulations internes de la couche inférieure qui ont, à l'origine, des périodes proches de celle due à l'inertie, sont engendrées par le champ de la vitesse verticale au fond de la couche d'Ekman (succion d'Ekman). Leur structure est beaucoup plus compliquée que près de la surface. Les battements sont un phénomène commun du à la superposition de modes internes.