看到海面出現這種波浪千萬別下水，連潛艇都怕它們
撰文 七君
今年4月，印尼南伽拉號潛艇（KRI Nanggala (402)）沉沒，潛艇上的53人也隨之殞命。這艘由德國製造的潛艇碎成了三塊，沉睡在840米深的海底。現在事故原因還沒有查明，不過印尼海軍少將 Iwan Isnurwanto 稱，一個海中自然現象可能是事故的肇因，日本氣象衛星向日葵8號還拍攝到了證據。
印尼南伽拉號潛艇活著時候的樣子。?圖片來源：ANTARA / VIA REUTERS
這個可怕的現象，就是在岸上和水面的人很難覺察的內波（internal wave）。
內波就是在水下的一種重力波，內波的產生的必要條件是分層的液體，當不同液層的界面被擾動時就會產生內波。
我們用油和水就可以模擬內波。你可以看到，油和水的界面上也有暗波涌動，但這種波在油麵上幾乎不會引起什麼變化。
在水（藍色）和油（透明）的交界處形成了內波。圖片來源：Portland State University
在海中，更熱、鹽度更低的海水位於上層，上下層之間的密度差使海水分層，為內波創造了初始條件，當潮流遇到海底高山等阻礙時就會內波就會湧現。實際上世界各地的大陸架附近經常會出現內波。
全球出現內波的地方。圖片來源：Cornell Civil and Environmental Engineering
和水面的波浪不同，內波可以傳播數千米，並且可以持續數小時。內波的幅度，也就是最高和最低處常常超過50米，這也讓內波變得極為危險。
根據斯克里普斯海洋研究所（SIO）的海洋和大氣研究部的部長 Matthew Alford 和同事在2014年發表的研究，在10分鐘內，海洋表層10米厚的海水就能打出一個近40米的浪頭，只不過這個浪頭是向下的而不是向上的。
這樣迅疾的內波對於浮潛的人來說相當致命。Alford 介紹，他曾經作為專家被邀請為一場訴訟提供專業建議；在這個案件里，一名大溪地潛水員被內波刮到了深海。
畏懼內波的不僅有潛水員，還有各國的潛艇。
早在1966年，美國海軍的一項研究就指出，內波可以讓潛艇的控制變得困難，甚至可能導致潛艇沉沒。二戰時，潛艇通常會避免在連接地中海和大西洋的直布羅陀海峽處作業，就是因為它們知道那裡有臭名昭著的內波。
在30多年前，真的有潛艇在直布羅陀海峽出事了。1984年9月21日，蘇聯的潛艇悄咪咪地潛伏在蘇聯的一艘商船下通過直布羅陀海峽，但在快要離開的時候卻一下子撞在了商船上。這次相撞導致商船損壞嚴重，潛艇的頭也破了，最終不得不浮出水面曝光。
直布羅陀海峽的邪性和那裡獨特的自然條件脫不了關係。根據歐洲航天局（ESA），直布羅陀海峽的海水大致分為兩層：下層是更鹹的地中海海水，上層是鹽度稍低的大西洋海水。再加上直布羅陀海峽海底地貌複雜，那裡有大量內波出沒就不奇怪了。
歐洲遙感衛星拍攝到的直布羅陀海峽海洋表面，海面的波紋揭示下方有內波。圖片來源：ESA
剛才說過，世界各地的大陸架附近都有內波，而擁有最為驚悚的內波的海域除了直布羅陀海峽，還有我國的南海、印尼的龍目海峽、安達曼海的小安達曼島和卡爾尼科巴島、義大利半島和西西里島之間的墨西拿海峽。
這是麻省理工學院（MIT）製作的南海的呂宋海峽（位於台灣島和菲律賓之間）的內波，它是潮流經過呂宋海峽時產生的。
我國南海東沙群島附近的內波可能是世界上最強力的，幅度可達300米。
今年 Alford 在接受美國全國公共廣播電台（NPR）採訪時表示，美國、俄羅斯和中國都花了大筆經費研究南海的內波，因為這裡的內波可能對這些國家的軍事行動有很大影響。
看完了上面對內波的描述，你可能會認為，只要不潛水、不搭乘潛艇就沒事兒了吧，實際上，在海面也有被內波欺負的可能。
內波會造成一種名為死水（dead water）的罕見現象。有些海面看起來風平浪靜、人畜無害，但在海面航行的船隻卻無法前行，這就是遇到了死水。
這是因為船隻航行在和船差不多深的淡水上，淡水下方則是鹽度更高的海水，兩者沒有充分混合。這種情況下船的動能會被轉化為內波，造成船隻無法移動。峽灣附近經常會出現這種現象，因為冰川融化的淡水和峽灣的海水沒有完全混合，因此淡水能輕輕地浮在上層。
死水現象一開始被當作水手間的奇談，但是後來因為著名挪威探險家弗里喬夫·南森（Fridtjof Nansen）的經歷而得到科學研究。
1893年南森搭乘的北極探險船隻。圖片來源：Fridtjof Nansen
1893年，南森在亞洲最北的半島——泰梅爾半島附近探險時遭遇了死水。他將自己的經歷告訴了物理學家威廉·皮耶克尼斯（Vilhelm Bjerknes）。皮耶克尼斯和他的學生、後來被譽為現代物理海洋學的第一人的沃恩·華費特·埃克曼（Vagn Walfrid Ekman）發現，船在分層的液體上前進時會產生內波，而內波會阻礙船隻前行，導致死水出現。
在海洋中內波簡直防不勝防。麻省理工學院的海洋學家 Thomas Peacock 表示，內波就是海洋中沉睡的巨人，它們在全世界的海洋里滾來滾去，但是人類卻很少看到它們。
雖然內波之上常常風平浪靜，但某些情況下大家可以在海邊觀察到內波。海面上間距較大的一行行漣漪就是下方內波的表徵。
內波在海面形成的圖案。圖片來源：Jen MacKinnon(SIO)
比如，索馬利亞海岸的亞丁灣就常有內波留下的壯美「皺紋」。亞丁灣的海底地貌相當雄偉，有非常陡峭的大陸架外緣，因此常常會發生棋盤狀的內波。當然了，這種情況下下海是極為危險的。
索馬利亞海岸的亞丁灣內波在海面留下的痕迹。圖片來源：Earth Sciences and Image Analysis Laboratory, NASA Johnson Space Center
內波雖然破壞力巨大，但也是全球生態和氣候中的重要一環。
內波能將藻類和浮遊動植物進行重新分布，為海岸生態系統帶來營養，也能讓海水混合，這對於地球的氣候變化非常重要，因此內波的活動也可以被用於預測氣候變化。
如果你很想觀察內波但又沒機會觀海，望天也是一個辦法。其實，不僅海里會出現內波，天上也會哦。
大氣具有冷熱分層的空氣時也會形成內波。下面是澳洲北部大氣中的內波形成的波紋，我們看到的是雲在經過內波時被裱出的花。這種能揭示大氣層中內波的雲也被稱為波狀雲（wave clouds）。
圖片來源：Nick Hall/Paul Sabatier University
那麼，波狀雲在地面上看是什麼樣的呢？我們平時在地面上看到的這樣的雲就是內波卷出來的。這種天空也被叫做魚鱗天（mackerel sky）。一般來說看到這樣的天空，天氣就很可能會發生變化。這招觀天你學會了嗎？
魚鱗天 圖片來源：weather.gov
我國的浪是最強的，最浪的強國是我的。
