海洋水文气象要素
海浪按其形成原因分为:风浪、涌浪、近岸浪、内波、潮汐波、海 啸、风暴潮。 按水深相对波长大小分为:深水波、浅水波。(后述)
波浪要素
波峰: 波面的最高点; 波谷: 波面的最低点; 波高H: 相邻的波峰与波谷间的垂直距离; 波长λ :相邻的两个波峰(或波谷)间的水平距离,单位米; 波陡δ :波高与波长之比,它是表示波形陡峭的量; 波幅a: 波高的一半称为波幅; 周期T: 两相邻的波峰(或波谷)相继通过一固定点所需时间, 单位为秒; 波速c: 波形传播的速度,即波峰(或波谷)在单位时间内的水 平位移; 波峰线:沿垂直于波浪传播方向通过波峰的线叫波峰线; 波向线:垂直于波峰线的线叫波向线; 波长、波速、周期三者关系:
近岸浪
近岸浪:
(Coastal Wave)
当波浪传到沿岸浅水区,波 长变短,波高增大,水质点运动 的速度不等,在波谷处,由于水 浅,水质点受海底摩擦影响,其 速度慢于波峰处水质点的速度, 使波峰超过波谷,波形前侧变得 陡峭突出,后侧变得平缓,从而 使波浪发生倒卷和破碎。
流波效应和海气温差对波浪的影响
流波效应: 波浪与海流成一定角度时,海流会影响波浪的波高、波速和传 播方向等。当波浪与海流相向或接近于相向时,波高会增大20~30% (流速为2~3kn,风速为10~15m/s)。如黑潮流域上冬季风形成的波 浪常增大。
海气温差: 在风速相等的情况下,气温低于海温时的波高比海气温度相等
时的大。据统计,气温比海温每低1 ℃ ,波高增大约5%。如气温比海温 每低10 ℃ ,波高增大约50%。
§3
风浪、涌浪和近岸浪
风浪
风浪:
(Wind Wave)
由风直接作用引起的水面波动,称为风浪。风浪特征,周期较 短,波面不规则,波长短。波向与风向一致,波高取决于风力、风 区、风时。
风浪成长与风速,风时和风区的关系:
1. 风速:一般风速越大产生的风浪也越大。这只适用于风时和风区不 受限制时。
2. 风时:同一方向的风连续作用的时间。一般对水面持续作用的时间 越长,海水所获得的动能越大,风浪也越大。
cT
波浪的分类(按成因分类)
风浪: 由风直接作用而引起的水面波动称为风浪。
涌浪: 风浪离开风区传至远处或者风区中风停息后所留下来的 波浪,称为涌浪。
近岸浪:风浪或涌浪传至浅水或近岸区后,因受地形影响将发生 一系列变化,称近岸浪。 风暴潮:由于气象原因,如台风,强风暴等引起的海面异常升高 现象称风暴潮,亦称风暴海啸。 海啸: 由于海底或海岸附近发生的地震或火山爆发所形成的波 动。亦称海啸。 潮汐波:由于天体引潮力作用所产生的波动。 内波:不同密度的水层界面处而产生的波动。
在冬季西北太平洋中高纬海域,强盛的锋面气旋,气温低于海温,加之流 波效应,有时出现比预料高2-3倍的异常大浪,是海事多发的海域,有 “魔鬼海域”之称。
波高的测算
平均波高:Hp=(H1+H2+H3+…Hn)/n 其中n为观测到的波的总个数,H1,H2,...Hn为各实测波的波高。 合成波高:H = √HW2 + HS2 部分大波的平均波高:将观测到的波高按大小排列起来,取最高 的一部分波的波高计算平均值,称为部分大波的平均波高。一般 计算H1/100,H1/10,H1/3,它们的意义是,若观测1000个波,则分别 代表其中最高的10,100,333个波的平均波高(有效波高)。
涌浪
所遗留下的波浪。
(Swell)
涌浪: 涌浪是指风浪离开风区后传到远处,或风区里的风停息后
涌浪又称长波,其波形规则,波面光滑,波速较快,波长和周期 较大,波陡小。 波速公式: C = 1.5 T
涌浪传播过程中,在波高衰减的同时,波长和周期增大,波速加快,
比风暴的移速快很多,可以作风暴来临的先兆,亦称先行波。
风浪充分成长状态:风速越大,风时越长,风浪就越发展。但风 浪的发展不是无限的,当波陡接近1/7时,波浪开始破碎。这是
因为风传给风浪的能量,一部分用于增大波高,一部分消耗于涡
动摩擦,当风传给风浪的能量与涡动摩擦消耗的能量相平衡时, 风浪不再继续增大,即风浪达到极限状态,这种状态称为风浪充
分成长。
风浪成长主要与风速、风区和风时有关。另外还受水深及海域特
H1/3:称为有效波高。是波浪预报的一个重要指标。
§4
有效波高和合成波高
第八章
§1 概述 §2 群波和驻波
海浪
GO GO GO GO GO
§3 风浪、涌浪和近岸浪 §4 有效波高和合成波高 §5 船舶海洋水文气象观测与测报
§1 概述
风力等级表
海浪(Sea
Wave)
海浪与海流都是海水运动的重要形式,对船舶航行有很大的影响。 大风浪造成航速下降,舵效降低,甚至停止不前;在狂涛巨浪中还 会出现“中垂”或“中拱”使船舶结构变形,严重时造成船体断裂, 导致重大海难事故。
3. 风区:指风在海上吹过的距离。风区的大小对风浪的成长起着不可 忽视的作用,若风区的长度不够,风浪也不能充分发展。
风浪的三种状态
过渡状态: 风吹到大洋上,风浪
随着时间的增长而增大。 风浪的成长取决于风时长 短。
定常状态: 恒定的风长时间吹在
有限的水域上,使海面各 点的风浪要素趋于稳定。
风浪的三种状态
深水波和浅水波
深水波:波长远小于海深的波(
h
4)
c 1.5T
浅水波:波长远大于海深的波(
波速与波长和周期有关,与水深无关。
h
20
)
c
gh
波速取决水深,与与波长和周期无关
水质点的运动与波形传播的关系ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
理论上证明: 深水波中海面上水质点运动的轨迹是以波高为直径的 圆,在海面以下其直径以指数形式迅速减小。浅水波中水 质点运动的轨迹为椭圆。
§2 群波和驻波
群
波
海洋中的波浪常以“群”的形式出现,通常称为群波 (Group of Waves)。设两列波向、振幅相同,波长和周 期稍有差别的正弦波相互叠加,叠加以后的合成波形如下 图。
驻
波
由两列波向相反的正弦波叠加,可以得到一种波形 不向前传播的波,波面只在原地振动,称为驻波 (standing wave)。海滨峭壁处常出现驻波,台风眼 区的“金字塔浪”就是驻波。波腹处的水质点只作垂直运 动,波节处的水质点只做水平运动。