2.2海浪

1第二节海浪(6分)2.2.1概述2.2.2群波和驻波2.2.3风浪、涌浪和近岸浪2.2.4有效波高和合成波高2.2.5风浪分布概况§8.1概述2概述一、波浪（Wave）要素§8.1概述31、波峰――波面的最高点。2、波谷――波面的最低点。3、波高（H）――相邻波峰与波谷之间的垂直距离。4、波幅（a）――波高的一半，a=H/2。5、波长（λ）――相邻两波峰或相邻两波谷之间的水平距离。6、波陡（δ）――波高与波长之比，δ＝H/λ。7、周期（T）――相邻的两波峰或两波谷相继通过一固定点所需要的时间。8、频率（f）――周期的倒数，f＝1/T。9、波速（C）――波峰或波谷在单位时间内的水平位移（波形传播的速度），C＝λ/T。10、波峰线――通过波峰垂直于波浪传播方向的线。11、波向线――波形传播的方向线，垂直于波峰线。二、波浪的分类•深水波：波长远小于海深的波（）波速与波长和周期有关，与水深无关。•浅水波：波长远大于海深的波（）•波速取决水深，与与波长和周期无关20h4hghcTc5.11.按波长与水深关系分类§8.1概述52、按周期或频率分类海浪大部分能量集中在周期4～12s的范围内，属重力波范围。最常见的重力波是风浪和涌浪。3、按成因分类1）风浪和涌浪风浪（WindWave）――风的直接作用引起的水面波动（无风不起浪）。涌浪（Swell）――风浪离开风区传至远处，或者风区里风停息后所遗留下来的波浪（无风三尺浪）。§8.1概述62）海啸（Tsunami，又称地震波）――由于海底或海岸附近发生地震或火山爆发所形成的海面异常波动。特点：周期长，波长长，波速大，在外海坡度很小，当传至近岸时，波高剧增。世界上常受海啸袭击的国家和地区有：日本、菲律宾、印度尼西亚、加勒比海、墨西哥沿岸、地中海。3）风暴潮（StormSurge）――由强烈的大气扰动（强台风、强锋面气旋、寒潮大风等）引起的海面异常上升现象。主要原因：海面气压分布不均匀――气压每下降1hPa，海面约升高1cm；大风――风暴向岸边移动时，受强风牵引海水涌向岸边，海面升高，升高幅度与风速的平方成正比。我国风暴潮多发区：莱州湾、渤海湾、长江口至闽江口、汕头至珠江口、雷州湾和海南岛东北角，其中莱州湾、汕头至珠江口是严重多发区。§8.1概述7风暴潮§8.3风浪、涌浪和近岸浪8风浪、涌浪和近岸浪一、风浪（WindWave）1、特征――周期短、波峰尖、波长短、波峰线短，波面不规则，易破碎。方向（指来向）与风向较为一致。2、影响风浪成长的三要素1）几个概念①风区――风速、风向近似一致的风作用的海域范围。沿风吹的方向，从风区上沿至下沿的距离，称为风区长度或风程。②风时――近似一致的风速和风向连续作用于风区的时间。§8.3风浪、涌浪和近岸浪9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：指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。§8.3风浪、涌浪和近岸浪11③充分成长状态――风区、风时无限时，风浪成长到一定程度后停止发展（并变得不稳定，破碎），这种状态即为充分成长状态。风区、风时无限的情况下，风速越大，处于充分成长状态的风浪波高越大，因此，充分成长的风浪波高取决于风速。对于给定的风速，风浪要达到充分成长状态，风时需不低于某一值，风区长度也不低于某一值，这就是对应于该风速的最小风时和最小风区。风浪的三种状态•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§8.3风浪、涌浪和近岸浪133、浅水中风浪的成长风速、风时、风区相同时，浅水区的风浪尺寸比深水区的小得多。二、涌浪（Swell）1、特征――波形规则，波峰圆滑，波长长，波峰线长，周期长，移速快。方向（来向）与海面实际风向无关，两者间可成任意角度。2、传播特性――波长大的衰减慢，波长小的衰减快，随着传播距离的增加，波高逐渐降低，周期不断增大，波长增加。§8.3风浪、涌浪和近岸浪14三、近岸浪1、波向的改变――折射，使波峰线逐渐趋于与等深线平行，即波峰平行于海岸线。――绕射，波浪绕过障碍物进入被障碍物遮蔽的水域。――反射。2、波高变化――波浪进入开敞海岸浅水区时，波高增大，波长变短，波陡增加，易翻卷破碎。――波浪绕射进入海湾时，波高降低。――岬角地形处的波高比凹陷处的高。§8.3风浪、涌浪和近岸浪15折射折射绕射16§8.3风浪、涌浪和近岸浪17波浪向岸传播过程中LHH1H2H3L1L2L3wavebaseSANDYBOTTOM•波长变短•波高增加•波速降低•波浪破碎(破波)§8.3风浪、涌浪和近岸浪18崩波激波卷波§8.3风浪、涌浪和近岸浪19破波2021§8.3风浪、涌浪和近岸浪22四、其它因素对波高的影响1、波流效应流速2～3kn，风速10～15m/s时，波浪去向与海流方向相反或接近相反时：波高增加最大，增幅达20％～30％。波浪去向与海流运动方向相同时：波高降低，波长增加。2、水、气温差Tw－Ta＝1℃，波高增加5％；Tw－Ta＝2℃，波高增加10％；Tw－Ta＝10℃，波高增加50％；水质点的运动与波形传播的关系理论上证明：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。群波海洋中的波浪常以“群”的形式出现，通常称为群波(GroupofWaves)。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（standingwave）。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。§8.4有效波高和合成波高26有效波高和合成波高一、几种常用的统计波高1、平均波高――连续观测几个波，取所有波高的平均值。平均H＝∑Hi/n2、有效波高部分大波的平均波高――将连续观测到的波高按大小排列起来，并就其中最高的一部分波高计算平均值。例如：如果共观测1000个波，将这些波高按从大到小的顺序排列起来，取其中波高最大的10列波高计算平均波高，得到1/100大波平均波高，记为H1/100。同理，有H1/1000、H1/10、H1/3。其中，H1/3称为有效波高，波浪预报图上的波高即为有效波高。§8.4有效波高和合成波高273、合成波高――风浪波高与涌浪波高的合成，HE＝（Hw2+Hs2）1/2公式中：Hw――平均显著风浪波高；Hs――平均显著涌浪波高。波浪分析图上的波高为合成波高。二、有效波高与其它统计波高的关系设有效波高H1/3＝1m，则平均H＝0.63mH1/10＝1.27mH1/100＝1.61mH1/1000＝1.94m§12.1世界大洋上的狂风恶浪海域282.6世界大洋上的狂风恶浪海域•冬季，北太平洋和北大西洋中高纬（30-60N）中高纬海域位于盛行西风带内，且与极锋平均位置重合，其上多锋面气旋活动，风大浪急。中高纬海域西部是强大冷暖海流交汇处，加剧锋面和气旋的形成及强烈发展。两大洋中高纬驻留永久性低压中心（阿留申和冰岛低压），使周围海域风力强劲。•比斯开湾（北大西洋）:处于西风带中，海湾地形水深，波流效应。•夏季，北印度洋：西南季风•南半球整个咆哮西风带•好望角（南半球咆哮西风带）：西风带，岬角效应。§12.2中国近海风与浪的分布概况292.6中国近海风与浪的分布概况•风的分布冬季风：渤海、黄海吹西北或北风，东海南部、南海北部和中部为东北风，南海南部为偏北风。夏季风：20°N以南为西南风，20°N以北为东南风。•浪的分布冬季以偏北向浪为主，夏季以偏南向浪为主。各海区平均波高0.5～3.0m之间。大浪位置与高频中心与大风区基本吻合。盛行风频率：东海最高，南海次之，黄、渤海最低。8级大风日数：东海沿岸最多，黄、渤海沿岸次之，南海沿岸最少。§8海浪301、描述波浪特征的要素有哪些？风浪、涌浪按周期分应属何种波？2、什么是海啸、内波、潮汐波、风暴潮？它们各有什么特征？哪些地区易爆发海啸、风暴潮？3、浅水波和深水波的波速分别与哪些因素有关？4、海浪的传播是否是水质点在传播？深水波和浅水波的运动轨迹是什么形状？在何时水质点的运动方向与波向一致或相反？热带气旋眼区的金字塔浪属何种波5、风浪、涌浪的外观特征有哪些区别？风浪波高的大小与哪些因素有关？涌浪在传播过程中，其能量衰减有何选择性，波高、波长、周期怎样变化？6、风浪、涌浪的方向与风向的关系如何？7、当风浪、涌浪传至近岸区域后，浪向、浪高有什么变化？8、什么是有效波高和合成波高？当有效波高为2m时，海面上连续传来的100列波中是否有3米大浪？9、在有海流影响的海域，当海流流向与海浪传播方向夹角多大时，海浪波高增加最大？当气温与水温满足什么条件时，海浪波高会增大？思考题