On the energy of the wind stress required to produce internal and inertial waves

Summary

In a rectangular channel wind-produced internal and inertial waves are studied. The energy of the wind field within the internal wave range is approximated by a single wave having a period of 10 hours. If the wind field is smooth in the basin, the produced current distribution is also smooth. In order to produce internal waves the Fourier amplitudes of the wind field, at wave numbers corresponding to internal waves, must reach about 10% of those at small wave numbers. The amplitude of the internal waves depends on the eddy viscosity distribution. Contrary to internal waves inertial waves can be produced by any time-dependent wind field. The energy of inertial waves is considerably higher than the energy of internal waves. They are, therefore, the dominating fluctuation in current records.

Zusammenfassung

In einem rechteckigen Kanal werden windbedingte interne Wellen und Trägheitswellen untersucht. Zur Vereinfachung wird die gesamte Energie des Windfeldes im internen Wellenbereich auf eine Frequenz konzentriert (Periode τ=10 h). Räumlich konstante Windfelder erzeugen lediglich großräumige Zirkulationszellen im Kanal. Um interne Wellen zu erzeugen, benötigt man im internen Wellenbereich Fourier-Amplituden des Windfeldes, die ca. 10% derjenigen des großräumigen Windfeldes erreichen. Die Amplitude der internen Wellen hängt von der Vertikalverteilung der Austauschkoeffizienten ab. Im Gegensatz zu internen Wellen können Trägheitswellen von jedem zeitlich variablen Windfeld erregt werden. Ihre Energie ist erheblich größer als die der internen Wellen. Sie stellen daher die dominierende Erscheinung in allen Strommessungen dar.

Résumé

On étudie les ondes internes et les ondes d'inertie produites par le vent dans un canal rectangulaire. L'action du champ de vent dans la gamme des ondes internes est schématisée par une onde unique ayant une période de 10 heures. Si le champ de vent dans le bassin est régulier, la distribution des courants produits est également régulière. Pour produire des ondes internes, les amplitudes de Fourier du champ de vent, pour les fréquences correspondant aux ondes internes, doivent atteindre environ 10% de celles-ci aux fréquences basses. L'amplitude des ondes internes dépend de la distribution de la viscosité turbulente. Contrairement aux ondes internes, des ondes d'inertie peuvent être produites par n'importe quel champ de vent fonction du temps. L'énergie des ondes d'inertie est considérablement plus importante que celle des ondes internes. En conséquence, elles représentent les fluctuations dominantes dans les enregistrements de courants.