海洋中的波动

海水中的波动现象与声速测量海洋是地球上最广阔的水域，它包含着丰富的生物资源，也承载着人类的贸易和交通。

而在海水中存在许多波动现象，这些波动对于海洋的气候、生态以及声速测量等方面都具有重要影响。

本文将探讨海水中的波动现象以及利用声速测量方法研究海洋的相关应用。

波动现象是海水中最常见的现象之一。

海洋表面存在着海浪，它们由风对海面的作用力引起。

海浪波动的大小与风力、风向和海洋底形等因素有关。

在海浪的背后，还存在着内波、潮汐和海流等波动现象。

内波是指在两层密度不同的海水交界处发生的波动。

当潮汐水流遇到海底隆起或海底狭窄的地方时，就会产生潮汐波动。

而海水中的海流则是由地球自转、风力和重力等因素共同作用下，形成的大规模水流运动。

这些波动现象不仅丰富了海洋的景观，还对海洋生物和沿海生态系统产生了影响。

除了对海洋生态和气候有影响外，波动现象还对声速测量有一定的影响。

声速是声波在海洋中传播的速度，而海水的声速与温度、盐度和水深等因素有关。

波动现象会导致海水温度、盐度和密度的变化，从而对声速造成影响。

例如，海浪的产生可以使得海水表面温度和盐度变化，从而引起声速的变化。

内波则会导致水柱的密度分层和扩散，进而影响声波的传播。

而潮汐和海流对声速的影响则更加复杂，需要更精细的测量和建模方法才能得到准确的结果。

因此，研究海洋波动现象对声速测量的影响，对于提高声速测量的准确性和可靠性具有重要意义。

为了研究海洋波动现象对声速的影响，科学家们采用了多种测量方法和工具。

其中，声纳是最常用的工具之一。

声纳可以向海洋中发射声波，并通过接收回波来获得声速的信息。

通过在不同位置、不同时间进行声速测量，科学家们可以得到相关数据，来分析海洋波动现象对声速的影响。

此外，也有一些通过测量海水温度、盐度和密度等参数来推导声速的方法。

这些方法需要在海洋中布置传感器网络，并对数据进行综合分析和建模，来获取声速的准确值。

海洋波动现象与声速测量是一个复杂而有趣的领域。

第五章海浪§5— 1 海浪的类型一.海浪要素 海浪．．是发生在海洋中的一 种波动现象,又称波浪 海浪要素：周期： T= λ/c 频率．．f=1/T 波陡δ：δ=波高/波长深水中δ≯1/7，波峰线：通过波峰且垂直于波浪传播方向 波向线：垂直于波峰线平均波高：如有一段连续波高记录分别为1H 、2H …n H ，则此段时间的平均波高等于：()n12n i i=111H H H H H n n =+++=∑L 部分大波波高(p H )在某一次观测或一列波高系列中，按大小将所有波高排列起来，并就最高的P 个波的波高计算平均值，称为该P 部分大波的波高。

例如共观测1000个波，最高的前10个、100个和333个波的平均值，分别以符号1100H 、110H 和13H 表示。

部分大波平均波高反映出海浪的显著部分或特别显著部分的状态。

习惯上将13H称为有效波高（或称有义波高）。

最大波高maxH：指某次观测中，实际出现的最大的一个波高。

各种波高间的换算111100103H H H2.663, 2.032,1.598H H H===111100100101111033H H H1.311,1.666,1.272H H H===二.海浪运动机理深水：水质点以近似于圆形的轨道作圆周运动运动半径：随着水深的增加而减小h=λ/2时;r↓→4% r0（r0=a）浅水：（h＜λ/20）运动波及海底。

三.海浪的分类1.按海水深度分深度深: 表面波（深水波）：h↑→r↓深度浅: 长波（浅水波h＜λ/20）运动波及海底。

2.按周期分3.按生成原因分：．．．．．．．风浪、潮波、海啸4.按受力情况分：自由波：涌浪受迫波：潮波5.按波形前进与否分：进行波；驻波。

6.按边界条件分①微小振幅波H/λ很小，H可忽略所有运动方程式都是线性的。

②有限振幅波：H不可忽略a.斯托克斯波有“质量运移”b.孤立波H/λ＜1/10; 运动集中在波峰附近c.摆线波7.内波§5—2 海浪的形成一.海浪形成假说(1)形成毛细波(2)风以法向压力形式给波浪传递能量(3)空气小涡流加强了水质点的运动(4) 波长较短的波由风取得能量转给波长较长的波二、海浪的消衰1.分子粘滞性消耗的能量2.涡动消耗能量3.空气的阻力4.海底摩擦5.波浪破碎三.海浪的状态1.海浪三要素风速：大于0风时：状态相同的风作用的时间风区：状态相同的风作用的海区风大不一定浪大．．．．．．．2.定常状态风区一定，海浪达最大；风区增加，海浪高度增加；风区是限制因素。

第5章海洋波浪5.1海洋波动现象概述海洋中存在着各种形式的波动，它既可发生在海洋的表面，又可发生在海洋内部不同密度层之间，有着不同的波动尺度、机理和特性，各种波动现象复杂。

海洋波动是海水运动的主要形式之一。

海洋表面总被形容为时而波涛汹涌，时而涟漪荡漾，呈现出一种复杂的波动现象。

引起海水表面波动的自然因素有很多，如海洋表面受到风与气压的作用、天体的引潮力及海底地震与火山的作用等，它们引起的波动现象有不同的尺度，造成各种波动的周期、波高、波长等波动特性的不同，各自具有不同的能量范围，对海洋工程结构的作用影响也不同。

如图5-1所示。

周期最小的毛细波(Capillary Wave)是由水的表面张力控制下的波动，其波高≤1～2 mm，波长最大约1.7 cm，相对能量很小，在海洋工程结构物的设计与运动分析中可不需考虑。

对海洋工程结构物影响最大的波动是海面重力波(Surface Gravitational Wave)，它受海面风的作用而引起，然后在重力这个恢复力的作用下做垂直振荡，具有巨大的能量。

根据观测记录，波动周期在1～30 s期间的海浪占到海面观测海浪中的大部分，并且这部分海浪的波动能量极大，是船舶、平台等海洋工程结构物结构受损与变形破坏的主要因素，因此海洋结构物必须设计成能抵御各种风浪作用，海浪成为海洋工程结构物在设计施工中必须考虑的环境载荷条件之一。

此外，周期长于5 min 的长周期波将带来海面水位较大的垂向升降变化，这主要有由风暴及海底地震等引起的风暴大潮与海啸波以及由天体引潮力引起的潮波( TidalWave)。

潮波等长周期波带来的水位变化主要影响海洋结构物的设计高程，需收集统计资料并作长期预测，是海洋工程结构物在设计施工中必须考虑的因素之一，风暴潮和海啸波对近海海岸工程还具有极大的冲击能量。

海洋中的海水密度在垂向上分布不均匀就舍产生内波现象，在水下出现水质点的最大运动振幅而不是在海表面。

这种发生在海洋内部不同密度层间的波动就称为海洋内波(Internal Wave)。

第六章海洋中的波动现象第六章：海洋中的波动现象⼀、波浪的分类：1、按相对⽔深（⽔深与波长之⽐，即h/λ）：深⽔波（短波）、浅⽔波（长波）2、按波形的传播与否：前进波、驻波3、按波动发⽣的位置：表⾯波、内波（边缘波）4、按成因：风浪、涌浪、地震波⼆、⼩振幅重⼒波⼩振幅重⼒波，亦称正弦波，是⼀种简单波动。

波动振幅相对波长为⽆限⼩，重⼒是其唯⼀外⼒的简单海⾯波动。

（⼀）波形传播与⽔质点的运动波形向前传播完全是由⽔质点的运动产⽣的，但⼆者不是⼀回事，只是波形向前传播，⽔质点并不随着波形前进。

1、若⽔深⼤于波长的⼀半时（h/λ≥0.5）----深⽔波、短波对于短波，⽔质点的运动轨迹是⼀个圆，半径为，轨迹半径随深度的增加迅速减⼩，在表⾯，其半径为a；⽔质点在波峰处具有正的最⼤⽔平速度，在波⾕处具有负的最⼤⽔平速度，在⽔⾯上⽔平速度为0；⽔⾯以上⽔平速度为正，⽔⾯以下⽔平速度为负。

波峰波⾕处铅直速度为0，⽔⾯上铅直速度最⼤；⽽且波峰前部为正（向上），波峰后部为负（向下）。

2、⽔深h相对于波长λ很⼩时（h<λ/20）的波动称为浅⽔波或长波长波中⽔质点的运动轨迹为椭圆；⽔质点的运动半径（振幅）a 随深度⽽减⼩。

⽆论长波还是短波，尽管它们的⽔质点运动轨迹不同，但是随深度（-z）的增⼤，它们的波长λ是不变的，即在⾃由⽔⾯的波长多⼤，随深度增⼤直⾄波动消失处的波长仍然不变。

（⼆）波动公式与波动能量1、波速与波长的关系：⼩振幅重⼒波的⼀般关系式对于深⽔波⽽⾔，h/λ≥1/2可见波速与⽔深⽆关，只与波长有关对于浅⽔波⽽⾔可见波速与波长⽆关，只与⽔深有关2、波动能量在⼀个波长内，总能量为，其中，动能与势能相等（三）弦波的叠加1、驻波：两列振幅、波长、周期相等，但传播⽅向相反的正弦波。

随着时间的变化，在时，波⾯具有最⼤的铅直升降，其值为2a，即合成前振幅的2倍，这些点称为波腹。

在处，波⾯始终⽆升降，这些点称为波节。

在波节与波腹之间的波⾯升降幅度均在0~2a之间。