由密度扰动获取内波压力、速度与能量通量

确定能量传输对于理解诸如海洋和大气中密度变化流体的能量收支和流体环流至关重要。然而，很少能确定能量通量场 $\mathbf{J} = p \mathbf{u}$，这需要同时测量压力和速度扰动场 $p$ 和 $\mathbf{u}$。我们提出了一种仅从密度扰动获取瞬时 $\mathbf{J}(x,z,t)$ 的方法：基于格林函数的计算给出 $p$，而 $\mathbf{u}$ 通过积分连续性方程和不可压缩条件得到。我们用纳维-斯托克斯模拟结果验证了该方法：将格林函数方法应用于模拟的密度扰动场，发现 $\mathbf{J}$ 的结果通常与直接使用纳维-斯托克斯模拟中的 $p$ 和 $\mathbf{u}$ 计算的 $\mathbf{J}$ 一致在 $1\%$ 以内。我们还将格林函数方法应用于分层流体中内波的实验室纹影测量密度扰动数据，所得 $\mathbf{J}$ 与纳维-斯托克斯模拟结果一致在 $6\%$ 以内。我们确定瞬时速度、压力和能量通量场的方法适用于任何由密度扰动场线性近似描述的系统，例如小振幅背风波和传播的垂直模态。该方法可使用我们的Matlab图形用户界面EnergyFlux应用。