海浪
14海浪(ocean wave)通常指海洋中由风产生的波浪。主要包括风浪、涌浪和海洋近海波。在不同的风速、风向和地形条件下,海浪的尺寸变化很大,通常周期为零点几秒到数十秒,波长为几十厘米至几百米,波高为几厘米至20余米,在罕见地形下,波高可达30米以上1。
基本信息
- 中文名
海浪
- 外文名
ocean wave
产生原因
海浪是发生在海洋中的一种波动现象。我们这里指的海浪是由风产生的波动,其周期为0.5至25秒,波长为几十厘米到几百米,一般波高为几厘米到20米,在罕见的情况下波高可达30米以上。
海浪是海水的波动现象。
“无风不起浪”和“无风三尺浪”的说法都没有错,事实海上有风没风都会出现波浪。通常所说的海浪,是指海洋中由风产生的波浪。包括风浪、涌浪和近岸波。无风的海面也会出现涌浪和近岸波,这大概就是人们所说“无风三尺浪”的证据,但实际上它们是由别处的风引起的海浪传播来的。广义上的海浪,还包括天体引力、海底地震、火山爆发、塌陷滑坡、大气压力变化和海水密度分布不均等外力和内力作用下,形成的海啸、风暴潮和海洋内波等。它们都会引起海水的巨大波动,这是真正意义上海上无风三尺浪。
海浪是海面起伏形状的传播,是水质点离开平衡位置,作周期性振动,并向一定方向传播而形成的一种波动。水质点的振动能形成动能,海浪起伏能产生势能,这两种能的累计数量是惊人的。在全球海洋中,仅风浪和涌浪的总能量相当于到达地球外侧太阳能量的一半。海浪的能量沿着海浪传播的方向滚滚向前。因而,海浪实际上又是能量的波形传播。海浪波动周期从零点几秒到数小时以上,波高从几毫米到几十米,波长从几毫米到数千千米。
风浪、涌浪和近岸波的波高几厘米到20余米,最大可达30米以上。风浪是海水受到风力的作用而产生的波动,可同时出现许多高低长短不同的波,波面较陡,波长较短,波峰附近常有浪花或片片泡沫,传播方向与风向一致。一般而言,状态相同的风作用于海面时间越长,海域范围越大,风浪就越强;当风浪达到充分成长状态时,便不再继续增大。风浪离开风吹的区域后所形成的波浪称为涌浪。根据波高大小,通常将风浪分为10个等级,将涌浪分为5个等级。0级无浪无涌,海面水平如镜;5级大浪、6级巨浪,对应4级大涌,波高2~6米;7级狂浪、8级狂涛、9级怒涛,对应5级巨涌,波高6.1米到10多米。
海洋波动是海水重要的运动形式之一。从海面到海洋内部,处处都存在着波动。大洋中如果海面宽广、风速大、风向稳定、吹刮时间长,海浪必定很强,如南北半球西风带的洋面上,常的浪涛滚滚;赤道无风带和南北半球副热带无风带海域,虽然水面开阔,但因风力微弱,风向不定,海浪一般都很小。
主要类型
风浪
风浪,指的是在风的直接作用下产生的水面波动。涌浪,指的是风停后或风速风向突变区域内存在下来的波浪和传出风区的波浪。
近岸浪
近岸浪,指的是由外海的风浪或涌浪传到海岸附近,受地形作用而改变波动性质的海浪。
海浪是十分复杂的现象,研究海浪对海洋工程建设、海洋开发、交通航运、海洋捕捞与养殖等活动具有重大意义。
迎岸而来
海面上的波浪在深海处传播的速度总是比浅海处的传播速度快,越是近海岸,海水越浅,波浪的速度越慢。若用虚线AB表示海岸附近深水域与淡水域的分界线,那么在深水域中,海浪在第1、2、3……、11秒走过的距离较大(因为速度快),因此,线条之间的间隔大;在浅水域中,同样花费1秒钟时间,海浪经过的距离短,表现为线条之间的间隔小。因此,在分界线处发生了海浪的波长和传播方向的改变,海浪的传播方向变得渐渐垂直于海岸线了。由于越靠近海岸的海水越浅,因此,海浪的速度也渐渐慢下来,这就使它的传播方向越来越垂直于海岸线。当我们站在海岸面向大海时,由于看到的海浪都是以垂直于海岸线的方向一排排袭来,我们就感到海浪是迎你而来的。
在远离海岸的大海深处,海浪的行进方向取决于海风与海流的方向,并不一定朝观察者迎面而来。
海浪谱
海浪可视作由无限多个振幅不同、频率不同、方向不同、相位杂乱的组成波组成。这些组成波便构成海浪谱。此谱描述海浪能量相对于个组成波的分布,故又名“能量谱”。它用于描述海浪内部能量相对于频率和方向的分布。为研究海浪的重要概念。通常假定海浪由许多随机的正弧波叠加而成。不同频率的组成波具有不同的振幅,从而具有不同的能量。设有圆频率ω的函数S(ω),在ω至(ω+ω)的间隔内,海浪各组成波的能量与S(ω)ω成比例,则S(ω)表示这些组成波的能量大小,它代表能量对频率的分布,故称为海浪的频谱或能谱。同样,设有一个包含组成波的圆频率ω和波向θ的函数S(ω,θ),且在ω至(ω+ω)和θ至(θ+ω)的间隔内,各组成波的能量和S(ω,θ)ωθ成比例,则S(ω,θ)代表能量对ω和θ的分布,称为海浪的方向谱。将组成波的圆频率换为波数,可得到波数谱;将ω换为2π(频率为周期的倒),得到以表示的频谱S()数。以上各种谱统称为海浪谱。
海浪谱不仅表明海浪内部由哪些组成波构成,还能给出海浪的外部特征。比如,理论上可由谱计算各种特征波高和平均周期,利用这些特征量连同波高与周期的概率密度分布,可推算海浪外观上由哪些高低长短不同的波所构成。若已知海浪的谱,海浪的内外结构都可得到描述,因此谱是非常有用的概念。事实上,海浪的研究(包括许多应用问题),大多和谱有关。频谱