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海浪
(地理名詞)
鎖定
- 中文名
- 海浪
- 外文名
- ocean wave
海浪產生原因
海浪是海水的波動現象。
“無風不起浪”和“無風三尺浪”的説法都沒有錯,事實海上有風沒風都會出現波浪。通常所説的海浪,是指海洋中由風產生的波浪。包括風浪、湧浪和近岸波。無風的海面也會出現湧浪和近岸波,這大概就是人們所説“無風三尺浪”的證據,但實際上它們是由別處的風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、塌陷滑坡、大氣壓力變化和海水密度分佈不均等外力和內力作用下,形成的海嘯、風暴潮和海洋內波等。它們都會引起海水的巨大波動,這是真正意義上海上無風三尺浪。
海浪是海面起伏形狀的傳播,是水質點離開平衡位置,作週期性振動,並向一定方向傳播而形成的一種波動。水質點的振動能形成動能,海浪起伏能產生勢能,這兩種能的累計數量是驚人的。在全球海洋中,僅風浪和湧浪的總能量相當於到達地球外側太陽能量的一半。海浪的能量沿着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。海浪波動週期從零點幾秒到數小時以上,波高從幾毫米到幾十米,波長從幾毫米到數千千米。
風浪、湧浪和近岸波的波高几釐米到20餘米,最大可達30米以上。風浪是海水受到風力的作用而產生的波動,可同時出現許多高低長短不同的波,波面較陡,波長較短,波峯附近常有浪花或片片泡沫,傳播方向與風向一致。一般而言,狀態相同的風作用於海面時間越長,海域範圍越大,風浪就越強;當風浪達到充分成長狀態時,便不再繼續增大。風浪離開風吹的區域後所形成的波浪稱為湧浪。根據波高大小,通常將風浪分為10個等級,將湧浪分為5個等級。0級無浪無湧,海面水平如鏡;5級大浪、6級巨浪,對應4級大涌,波高2~6米;7級狂浪、8級狂濤、9級怒濤,對應5級巨湧,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。從海面到海洋內部,處處都存在着波動。大洋中如果海面寬廣、風速大、風向穩定、吹刮時間長,海浪必定很強,如南北半球西風帶的洋麪上,常的浪濤滾滾;赤道無風帶和南北半球副熱帶無風帶海域,雖然水面開闊,但因風力微弱,風向不定,海浪一般都很小。
海浪主要類型
海浪風浪
海浪(5張)
海浪近岸浪
近岸浪,指的是由外海的風浪或湧浪傳到海岸附近,受地形作用而改變波動性質的海浪。
海浪迎岸而來
意大利冰涼海浪翻滾拍岸唯美似水晶簾(6張)
在遠離海岸的大海深處,海浪的行進方向取決於海風與海流的方向,並不一定朝觀察者迎面而來。
海浪海浪譜
海浪風光欣賞(20張)
海浪譜不僅表明海浪內部由哪些組成波構成,還能給出海浪的外部特徵。比如,理論上可由譜計算各種特徵波高和平均週期,利用這些特徵量連同波高與週期的概率密度分佈,可推算海浪外觀上由哪些高低長短不同的波所構成。若已知海浪的譜,海浪的內外結構都可得到描述,因此譜是非常有用的概念。事實上,海浪的研究(包括許多應用問題),大多和譜有關。頻譜
在海浪譜中,風浪頻譜得到最廣泛的研究,因為它的應用最廣,也最易於得到。但尚無基於嚴格理論的風浪頻譜。通常p為5~7,q為2~4,在正量A和B之內。除了數值常數外,還包含風要素(如風速、風時和風區)或浪要素(如特徵波高和週期)作為參量,故譜的形狀隨風的狀態或對應的浪的狀態而變化。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,它驟然增大至一個峯值,然後隨頻率的增大而迅速減小,在ω→∞時趨於0。這表明譜的頻率範圍在理論上雖為0~∞,但其顯著部分卻集中在譜峯附近。海面上存在的許多波,其顯著部分的週期範圍很小,恰和理論結果相對應。隨着風速的增大,譜曲線下面的面積(從而風浪的總能量或波高)增大,峯沿低頻率方向推移,表明風浪顯著部分的週期增大。
從波面的記錄估計譜,是獲得海浪頻譜的主要途徑。習慣上將譜的估計方法分為相關函數法和快速傅氏變換算法兩種。在電子計算機上計算時,後者比前者更節約時間。20世紀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,它適用於非平穩的海浪狀態。
在海浪研究中已提出的頻譜很多常採用的皮爾孫-莫斯科維奇譜,是60年代中期提出的,是在對充分成長的風浪記錄進行譜估計和曲線的擬合時得到的,已為多數觀測所證實。
60年代末,按照“北海聯合海浪計劃”(JONSWAP),對海浪進行了系統的觀測,提出了一種頻譜,其中包括分別反映能量水平、峯的頻率尺度和譜形在內的5個參量。這種譜表示風浪處於成長的狀態,它具有非常尖而高的峯。對Jonswap譜分析的結果表明,風浪的能量主要通過譜的中間頻率部分傳遞,然後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,具有穩定的形式。利用此特性,可將譜隨風的變化轉換為其中的參量隨風的變化,從而提供另一種海浪計算或預報的方法。
有一種半經驗的方法,它假定海浪的某些外觀特徵反映其內部結構,由觀測到的波高和週期間的關係,可導出海浪譜。早在50年代初提出的紐曼譜和工程中常使用的佈雷奇奈德爾譜,都屬此類,前者p=6,q=2;後者p=5,q=4。有些蘇聯作者採用具有前述形式的頻譜,然後由觀測資料確定其中的常數和參量。
中國學者於50年代末至60年代中期,嘗試自風浪能量的攝取和消耗出發推導出譜,其中包括用風要素作為參量,從而描述譜相對於風時和風區的成長。由這些譜計算波高和週期等要素比較方便,但推導中涉及的能量計算,仍是半經驗性的。
方向譜
方向譜的研究,除理論上的意義外,還可用於大面積海浪的預報,波浪的繞射和折射,水工建築物的作用力和振動,船體、浮標和其他浮體對海浪的反應,以及泥沙運動等問題的研究。但由於觀測上和資料處理上的困難,海浪方向譜的研究遠少於頻譜。
海浪風光集萃(19張)
為了測量方向譜,可用幾個與海水接觸的測頭組成儀器陣列,記錄的項目可以是波面高度,也可以是水質點的速度、加速度、壓力或作用力。為經濟起見,通常將盡可能少的測頭擺成合理的幾何圖形,以得到最大的分辨率。還可用尺寸遠小於海浪波長並跟隨波面運動的自由浮標,記錄波面的高度和兩個方向的波面斜率和曲率,也可以利用壓力、水質點速度或波浪作用力的記錄。此外,航空遙感和衞星遙感也可以確定方向譜。
如何求得海浪譜,主要方法有二:一是利用觀測得到的波高、週期的推導,得出半理論、半經驗形式的海浪譜;二是利用某一固定點測得的波面隨時間變化的這段記錄,來推算相關函數,然後求譜。也有通過建立能量平衡方程式來求譜。目前得到的譜,主要是建立在觀測數據的基礎上求出的。但由於目前尚缺乏精確的風和海浪的觀測資料,故已提出的一些譜,彼此相差較大。海浪譜的分析研究是很重要的,根據海浪譜,可以較合理地設計防坡堤及海面對雷達的反射部分,利用海浪譜,可以算出波高、週期等海浪要素。目前,有的國家根據海浪譜設計出自動控制系統,來以校正軍艦上武器發射偏差。
海浪調查報告
2024年4月22日,自然資源部發布了《2023年中國海洋災害公報》,2023年,影響我國的海洋災害以風暴潮和海浪災害為主,伴隨赤潮、綠潮等生態災害。其中,中國近海發生4米(含)以上海浪過程28次,5次造成災害,直接經濟損失約2600萬元,死亡失蹤8人。
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- 參考資料
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- 1. 《中國大百科全書》總編委會.《中國大百科全書》:《中國大百科全書》出版社,2009
- 2. 《2023年中國海洋災害公報》《2023年中國海平面公報》解讀 .i自然全媒體.2024-04-23[引用日期2024-04-23]