海浪成因和類型
海浪通常指海洋中由風(fēng)產(chǎn)生的波浪。主要包括風(fēng)浪、涌浪和海洋近海波。那么你對海浪的形成原因了解多少呢?以下是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理海浪怎么形成的答案,希望對你有幫助!
海浪的形成
海浪是發(fā)生在海洋中的一種波動現(xiàn)象。我們這里指的海浪是由風(fēng)產(chǎn)生的波動,其周期為0.5至25秒,波長為幾十厘米到幾百米,一般波高為幾厘米到20米,在罕見的情況下波高可達(dá)30米以上。
“無風(fēng)不起浪”和“無風(fēng)三尺浪”的說法都沒有錯,事實海上有風(fēng)沒風(fēng)都會出現(xiàn)波浪。通常所說的海浪,是指海洋中由風(fēng)產(chǎn)生的波浪。包括風(fēng)浪、涌浪和近岸波。無風(fēng)的海面也會出現(xiàn)涌浪和近岸波,這大概就是人們所說“無風(fēng)三尺浪”的證據(jù),但實際上它們是由別處的風(fēng)引起的海浪傳播來的。廣義上的海浪,還包括天體引力、海底地震、火山爆發(fā)、塌陷滑坡、大氣壓力變化和海水密度分布不均等外力和內(nèi)力作用下,形成的海嘯、風(fēng)暴潮和海洋內(nèi)波等。它們都會引起海水的巨大波動,這是真正意義上海上無風(fēng)三尺浪。
海浪是海面起伏形狀的傳播,是水質(zhì)點離開平衡位置,作周期性振動,并向一定方向傳播而形成的一種波動。水質(zhì)點的振動能形成動能,海浪起伏能產(chǎn)生勢能,這兩種能的累計數(shù)量是驚人的。在全球海洋中,僅風(fēng)浪和涌浪的總能量相當(dāng)于到達(dá)地球外側(cè)太陽能量的一半。海浪的能量沿著海浪傳播的方向滾滾向前。因而,海浪實際上又是能量的波形傳播。海浪波動周期從零點幾秒到數(shù)小時以上,波高從幾毫米到幾十米,波長從幾毫米到數(shù)千千米。
風(fēng)浪、涌浪和近岸波的波高幾厘米到20余米,最大可達(dá)30米以上。風(fēng)浪是海水受到風(fēng)力的作用而產(chǎn)生的波動,可同時出現(xiàn)許多高低長短不同的波,波面較陡,波長較短,波峰附近常有浪花或片片泡沫,傳播方向與風(fēng)向一致。一般而言,狀態(tài)相同的風(fēng)作用于海面時間越長,海域范圍越大,風(fēng)浪就越強(qiáng);當(dāng)風(fēng)浪達(dá)到充分成長狀態(tài)時,便不再繼續(xù)增大。風(fēng)浪離開風(fēng)吹的區(qū)域后所形成的波浪稱為涌浪。根據(jù)波高大小,通常將風(fēng)浪分為10個等級,將涌浪分為5個等級。0級無浪無涌,海面水平如鏡;5級大浪、6級巨浪,對應(yīng)4級大涌,波高2~6米;7級狂浪、8級狂濤、9級怒濤,對應(yīng)5級巨涌,波高6.1米到10多米。
海洋波動是海水重要的運動形式之一。從海面到海洋內(nèi)部,處處都存在著波動。大洋中如果海面寬廣、風(fēng)速大、風(fēng)向穩(wěn)定、吹刮時間長,海浪必定很強(qiáng),如南北半球西風(fēng)帶的洋面上,常的浪濤滾滾;赤道無風(fēng)帶和南北半球副熱帶無風(fēng)帶海域,雖然水面開闊,但因風(fēng)力微弱,風(fēng)向不定,海浪一般都很小。
海浪的主要類型
風(fēng)浪
風(fēng)浪,指的是在風(fēng)的直接作用下產(chǎn)生的水面波動。涌浪,指的是風(fēng)停后或風(fēng)速風(fēng)向突變區(qū)域內(nèi)存在下來的波浪和傳出風(fēng)區(qū)的波浪。
近岸浪
近岸浪,指的是由外海的風(fēng)浪或涌浪傳到海岸附近,受地形作用而改變波動性質(zhì)的海浪。
海浪是十分復(fù)雜的現(xiàn)象,研究海浪對海洋工程建設(shè)、海洋開發(fā)、交通航運、海洋捕撈與養(yǎng)殖等活動具有重大意義。
海浪譜的簡介
海浪可視作由無限多個振幅不同、頻率不同、方向不同、相位雜亂的組成波組成。這些組成波便構(gòu)成海浪譜。此譜描述海浪能量相對于個組成波的分布,故又名“能量譜”。它用于描述海浪內(nèi)部能量相對于頻率和方向的分布。為研究海浪的重要概念。通常假定海浪由許多隨機(jī)的正弧波疊加而成。不同頻率的組成波具有不同的振幅,從而具有不同的能量。設(shè)有圓頻率ω的函數(shù)S(ω),在ω至(ω+ω)的間隔內(nèi),海浪各組成波的能量與S(ω)ω成比例,則S(ω)表示這些組成波的能量大小,它代表能量對頻率的分布,故稱為海浪的頻譜或能譜。同樣,設(shè)有一個包含組成波的圓頻率ω和波向θ的函數(shù)S(ω,θ),且在ω至(ω+ω)和θ至(θ+ω)的間隔內(nèi),各組成波的能量和S(ω,θ)ωθ成比例,則S(ω,θ)代表能量對ω和θ的分布,稱為海浪的方向譜。將組成波的圓頻率換為波數(shù),可得到波數(shù)譜;將ω換為2π(頻率為周期的倒),得到以表示的頻譜S()數(shù)。以上各種譜統(tǒng)稱為海浪譜。
海浪譜不僅表明海浪內(nèi)部由哪些組成波構(gòu)成,還能給出海浪的外部特征。比如,理論上可由譜計算各種特征波高和平均周期,利用這些特征量連同波高與周期的概率密度分布,可推算海浪外觀上由哪些高低長短不同的波所構(gòu)成。若已知海浪的譜,海浪的內(nèi)外結(jié)構(gòu)都可得到描述,因此譜是非常有用的概念。事實上,海浪的研究(包括許多應(yīng)用問題),大多和譜有關(guān)。
在海浪譜中,風(fēng)浪頻譜得到最廣泛的研究,因為它的應(yīng)用最廣,也最易于得到。但尚無基于嚴(yán)格理論的風(fēng)浪頻譜。通常p為5~7,q為2~4,在正量A和B之內(nèi)。除了數(shù)值常數(shù)外,還包含風(fēng)要素(如風(fēng)速、風(fēng)時和風(fēng)區(qū))或浪要素(如特征波高和周期)作為參量,故譜的形狀隨風(fēng)的狀態(tài)或?qū)?yīng)的浪的狀態(tài)而變化。上述兩項的乘積代表的譜,在ω=0處為0,在0附近的值很小,ω增加時,它驟然增大至一個峰值,然后隨頻率的增大而迅速減小,在ω→∞時趨于0。這表明譜的頻率范圍在理論上雖為0~∞,但其顯著部分卻集中在譜峰附近。海面上存在的許多波,其顯著部分的周期范圍很小,恰和理論結(jié)果相對應(yīng)。隨著風(fēng)速的增大,譜曲線下面的面積(從而風(fēng)浪的總能量或波高)增大,峰沿低頻率方向推移,表明風(fēng)浪顯著部分的周期增大。
從波面的記錄估計譜,是獲得海浪頻譜的主要途徑。習(xí)慣上將譜的估計方法分為相關(guān)函數(shù)法和快速傅氏變換算法兩種。在電子計算機(jī)上計算時,后者比前者更節(jié)約時間。20世紀(jì)70年代,開始引用最大熵等方法。依此可自不多的資料估計出分辨率較高的譜,它適用于非平穩(wěn)的海浪狀態(tài)。
在海浪研究中已提出的頻譜很多常采用的皮爾孫-莫斯科維奇譜,是60年代中期提出的,是在對充分成長的風(fēng)浪記錄進(jìn)行譜估計和曲線的擬合時得到的,已為多數(shù)觀測所證實。
60年代末,按照“北海聯(lián)合海浪計劃”(JONSWAP),對海浪進(jìn)行了系統(tǒng)的觀測,提出了一種頻譜,其中包括分別反映能量水平、峰的頻率尺度和譜形在內(nèi)的5個參量。這種譜表示風(fēng)浪處于成長的狀態(tài),它具有非常尖而高的峰。對Jonswap譜分析的結(jié)果表明,風(fēng)浪的能量主要通過譜的中間頻率部分傳遞,然后借波與波之間的非線性相互作用,再分別向譜的高頻和低頻部分傳遞。反映這種能量交換的譜,具有穩(wěn)定的形式。利用此特性,可將譜隨風(fēng)的變化轉(zhuǎn)換為其中的參量隨風(fēng)的變化,從而提供另一種海浪計算或預(yù)報的方法。
有一種半經(jīng)驗的方法,它假定海浪的某些外觀特征反映其內(nèi)部結(jié)構(gòu),由觀測到的波高和周期間的關(guān)系,可導(dǎo)出海浪譜。早在50年代初提出的紐曼譜和工程中常使用的布雷奇奈德爾譜,都屬此類,前者p=6,q=2;后者p=5,q=4。有些蘇聯(lián)作者采用具有前述形式的頻譜,然后由觀測資料確定其中的常數(shù)和參量。
中國學(xué)者于50年代末至60年代中期,嘗試自風(fēng)浪能量的攝取和消耗出發(fā)推導(dǎo)出譜,其中包括用風(fēng)要素作為參量,從而描述譜相對于風(fēng)時和風(fēng)區(qū)的成長。由這些譜計算波高和周期等要素比較方便,但推導(dǎo)中涉及的能量計算,仍是半經(jīng)驗性的。
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