第六节 风浪和涌浪(Wind wave and Swell)


(一)风浪和涌浪(Wind wave and swell)
 

一、定义(definition)

1、风浪(wind wave):    
    当地风产生,且一直处在风的作用之下的海面波动状态。(They are generated by the wind, restored by gravity, and progress in a particular direction.)

2、涌浪(swell):
    海面上由其他海区传来的或当地风力减小、平息,或风向改变后海面上遗留下的波动。(When the waves move out of the storm center, forced waves become free waves moving at speeds due to their periods and wavelengths. Once away from the storm these long-period, uniform waves are called swell.)

二、决定因素(determinants)

    “风大浪高”“无风不起浪”
1、风速(wind speed):风力大小;
2、风时(wind duration):状态相同的风持续作用在海面上的时间;
3、风区(fetch):状态相同的风作用的海域的范围。

 

三、风浪成长状态(phases of wind wave)

    定常态:某点的风浪尺度达到理论上的最大值;

    过渡态:某点风浪未达理论最大,随时间的推移,还可继续增长;

    最小风时:对应风区内某点,风浪达到定常状态所用的时间。

    最小风区:实际风时一定,对应某一风区内的波浪达到定常态,此一风区长度称为最小风区。

判别风浪的状态:
    风时>最小风时,风浪是过渡态,反之定常态;
        风区>最小风区,风浪是定常态,反之是过渡态。

充分成长:

    波浪在成长过程达到一定尺度后,摄取与消耗能量达到平衡时,波浪不再增大。

动画

 

四、涌浪传播(propagation of swell)

    波高逐渐降低,波长、周期逐渐变大,从而波速变快。
原因:摩擦消耗及弥散作用、角散作用

弥散作用
    不同波长、周期、振幅的分波在传播过程中波长大的速度快,短的速度慢,使原来叠加一起的波分散开。(The faster, longer waves gradually move through and ahead of the shorter, slower waves, this process is called sorting or dispersion.)

角散作用:各分波传播方向不同,在传播中向各方向分散开来。 传播速度快,距离长。

    拍岸浪、先头涌

(二)浅海和近岸海浪(Offing and coastal waves) 


一、波速、波高变化(changes of wave speed and wave height):

    波速变小(从短波与波长有关C*C=gλ/2π,在浅水为与水深有关C*C=gh),周期保守,波长变小。


二、波向转折(deflection of wave ray)


sinα1=AA’/A'B;  sinα2=BB'/A'B
则有: sinα1/ sinα2=AA’/BB’
又由AA’=c1dt; BB’=c2dt;

有 sinα1/ sinα2= c1/c2
由h1>h2,则c1>c2,则a1> a2
    波峰线有逐渐与等深线平行的趋势,也就是波向线与等深线逐渐垂直的趋势。海底凸出的海岬处,波向线辐聚(converge),出现大浪;而在凹进的海湾处,波向线辐散,波浪较小。

三、波高变化(changes of amplitude)

    能量守恒(conservation of energy):       

折射因子,波向线辐聚时,L0>L,折射因子大于1,能量集中,波高增大(海岬)。
 称为地形因子,波浪从深水进入浅水,波高略有降低,然后随相对深度的减小而迅速增大。

 

 


四、波浪破碎、沿岸流沿岸流与离岸流(wave breaking, coastal current and rip current)


1、波浪破碎(wave breaking):风大; 波浪传到浅水波长变短,波陡增大;

海底摩擦(bottom friction);

波峰、谷处相速不同,波面变形;

浅滩、沙丘、暗礁。

                       2、破碎类型:溢波(spillers)、卷波(plungers)、崩波、溃波。

离岸流,沿岸流,物质输动,海湾沙丘

 

 


五、反射和绕射(reflection and diffraction)

    1、波浪遇陡峭的海岸反射形成驻波(standing wave)。 

 

    2、防波堤(breakwater)的效用

 

    3、遇障碍物绕射,波高明显减少。