第八章_海浪的观测

第八章 波浪理论１.波浪 液体 液体具有自由表面２.动力 风波 重力回复波３.周期 推进能力 ４.流体由静止 运动无旋海姆兹定理无旋势流理论不可压流体 拉普拉斯定理 叠加法 ５.波 船（产生摇摆，击水）船 波（船舶在水面运动或在近水面运动时产生波） 本章研究内容：1）波浪运动中流体质点的运动特点，自由表面的波形特性，以及两者之间的关系2）波浪运动中流体的能量 兴波阻力的概念 §8.1波浪的概念海浪：扑岸浪、风浪、涌浪 船波：简化处理：涌浪 简化模型为余弦波或规则波 一般海浪、船波 由规则波迭加而成本章主要研究规则波的特点，以便得到关于波浪的初步知识涌浪：远离强风区的水域，可以观察到波峰呈圆滑状，峰线较长的长周期波浪向前传播。

这种近似有一定规律的波浪称为涌浪。

小振幅波的周期解是用余弦函数表达的余弦波，可以作为涌浪的简化模型。

风 波浪产生的原因：水面压力的不均匀船舶运动的扰动微波风的继续作用风V PV P逐渐形成巨大的波浪 波浪消失的原因：风停止后 重力作用 占主要 压力均匀 水内部摩擦力 可略去不计∴1）波浪运动可近似为理想流体的运动，粘性力不起主要作用（可略去）2）风停止后重力是唯一的外力，必须考虑，视流体为重流体 3）波浪运动是周期性运动，是非定常运动中的一种特例 4）若流体为理想流体，质量力有势，则流体受风扰动后所产生的运动为无旋运动 Thomas 定理 正压流体波浪运动是一种无旋运动，永远无旋∴解波浪问题 △φ=0 边界条件φV 柯西 拉格朗日积分 P§8.1.2微振幅波边界条件 基本假设：1）理想不可压重流体 2）运动是无旋的3）波浪是微振幅波 二元的λ ＞＞ h波长 波高h ＝2A 波幅基本思路：拉格朗日积分方程运动学边界条件动力学边界条件波浪方程1.微幅波的拉格朗日方程考虑重力作用时，不可压理想势流的拉格朗日方程为2()2v p gz C t tρ∂Φ+++=∂……（1）（6.2.9）（8.1.2）令0()tap t C t dt ϕρ=Φ+-⎰（8.1.3）自由液面上的大气压则 202a p p v gz tϕρ-∂+++=∂ （8.1.4） 拉普拉斯方程 22220x zϕϕ∂∂+=∂∂ （8.1.6）8.1.2边界条件1.底部不可穿透边界条件底部法向分速|0z d nϕ=-∂=∂ 2.自由面上的动力学边界条件 在自由液面上的压力等于大气压力 ∴（8.1.4）21()2z v g tζϕζ=∂=-+∂（8.1.7）3.自由面上运动学边界条件自由面上液体质点永远在自由面上(,,)0F x z t = （8.1.8） x=f(a,b,t) 拉格朗日法 邻点a,b 为t=0时该质点的坐标（为常数）(8.1.9)z=h(a,b,t) P 点恒在自由表面上∴[(,,),(,,)]0F f a b t h a b t ≡ （8.1.10）0dFdt= ∴0F F dx F dz t x dt z dt ∂∂∂+⋅+⋅=∂∂∂ （8.1.11） 因为(,,)(,)F x z t x t z ζ=-0x dz t x t dtζζ∂∂∂+-=∂∂∂ （8.1.12） z 向速度|z dz dt zζϕ=∂=∂ x 向速度 |x dx dt x ζϕ=∂=∂ ∴8.1.12为||z x z t x x ζζϕζϕζ==∂∂∂∂=+∂∂∂∂ （8.1.13）8.1.3小振幅波理论假设和边界条件的线性化自由面上的边界条件：非线性的，而且在不定边界(,)z x t ζ=成立假定（1）波动是小振幅的，即H/L<<1;（2）流体质点的远动缓慢，因此， 趋于0; （3）水深d=常数。

第八章海浪第一节概述一、波浪（Wave）要素一、波峰――波面的最高点。

二、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。

五、波长（λ）――相邻两波峰或相邻两波谷之间的水平距离。

六、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接踵通过一固定点所需要的时刻。

八、频率（f）――周期的倒数，f＝1/T。

九、波速（C）――波峰或波谷在单位时刻内的水平位移（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。

1一、波向线――波形传播的方向线，垂直于波峰线。

二、波浪的分类一、按周期或频率分类海浪大部份能量集中在周期4～12s的范围内，属重力波范围。

最多见的重力波是风浪和涌浪。

二、按成因分类1）风浪和涌浪风浪（Wind Wave）――风的直接作用所引发的水面波动。

（无风不起浪）涌浪（Swell）――风浪离开风区传至远处，或风区里风停歇后所遗留下来的波浪。

（无风三尺浪）2）海啸（Tsunami，又称地震波）――由于海底或海岸周围发生地震或火山暴发所形成的海面异样波动。

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。

世界上常受海啸解决的国家和地域有：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（Storm Surge）――由强烈的大气扰动（强台风、强锋面气旋、寒潮大风等）引发的海面异样上升现象。

主要原因：海面气压散布不均匀――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、汕头至珠江口是严峻多发区。

4）内波（Internal Wave）――密度相差较大的水层界面上的波动。

海底两万里第八章批注加原文原文：大西洋：广阔的水面，面积共有二千五百万平方海里。

长九千海里，宽平均二千七百海里，是很重要的大海，在古代除了迎太基人②，可以说几乎没有人知道这个海。

迎大基人是古代的荷兰人，他们因为贸易的关系，曾沿着欧洲和非洲的西部海岸往来航行！洋洋大观的水面，有各国的船只往来其间，船荫蔽在世界上所有的旗帜下面，西头终点为两个尖角，就是航海家所害怕的合恩角和暴风角！诺第留斯号推动它前头的冲角，冲破大西洋的海浪，向前驶去。

在三个半月的期间，它走了近一万里了，超过绕地球一周的大圈了。

现在我们上哪里去呢？将来有什么可以给我。

们看的呢？诺第留斯号从直布罗陀海峡出来，驶到大西洋面上。

它又浮上水面来，我们每天在平台上的散步现在又恢复了。

我立即上平台去，尼德·兰和康塞尔陪着我。

在距离十二海里的地方，隐约现出圣文孙特角，那就是西班牙半岛的最西南的尖角。

当时起了相当厉害的南风。

海面波涛汹桶，海水滚滚打来，使诺第留斯号发生激烈的颠簸。

在平台上简直不可能呆下去，因为时刻都有大浪打来。

所以我们呼吸了几下新鲜空气后，就回到船中。

我回到我的房中，康塞尔也回到他的舱房。

但是加拿大人像心中有事的样子，跟着我来。

我们过地中海时的飞快速度，不容许他实行他的计划，他很显然地表示了他的失望。

当我的房门关上了，他坐下，不作声，望着我。

尼德朋友，”我对他说，我了解您，您没有什么可以责备自己的地方。

当诺第留斯号行驶时，在那样的条件下，想要离开它，简直就是发疯！”尼德·兰不回答。

他紧闭的嘴唇，他紧蹙的眉毛，表示他心中有一个坚定的思想死死纠缠着他。

瞧着吧，”我又说，事情并不是完全没有希望。

我们现在沿葡萄牙海岸上溯了。

不远就是法国、英国，我们可以很容易找到一个逃走的地方。

啊！如果诺第留斯号从直布罗陀海峡出来，往南方驶去，如果它把我们带到没有陆地的那些区域去，那我心中跟您一样，感到烦恼。

但是，我们现在知道尼摩船长并不躲避有文化的海面，我想在几天内，您可以比较安全地来执行您的计划。

海洋波浪特性的观测与分析方法研究海洋波浪是指海面上形成的波浪现象，它是地球上最常见的波动形式之一。

对于海洋波浪的观测与分析，可以帮助我们深入了解海洋的物理特性、研究气候变化以及进行海洋工程设计等方面。

本文将介绍几种常用的海洋波浪观测与分析方法。

一、海洋波浪观测方法1. 浮标观测法浮标观测法是一种常见的海洋波浪观测方法。

观测过程中，我们可以通过在海面上设置浮标，使用测量设备记录波浪的运动情况。

浮标通常通过浮子和锚链连接，以保持浮标在海面上的稳定位置。

观测设备会记录波浪的高度、周期、传播速度等参数。

2. 船舶观测法船舶观测法是另一种常用的海洋波浪观测方法。

在这种方法中，我们可以在船舶上设置观测设备，通过测量船舶在波浪中的运动情况来了解波浪的特性。

观测设备可以记录波浪的频率、波长、振幅等参数。

3. 雷达观测法雷达观测法是一种基于雷达技术的波浪观测方法。

雷达可以通过发射电磁波并接收其反射信号来获取波浪的信息。

通过分析雷达反射信号的特征，我们可以得到波浪的高度、方向、能量等参数。

二、海洋波浪分析方法1. 频域分析法频域分析法是通过将波浪信号在频域上进行分解和分析来了解波浪的特性。

在该方法中，我们可以使用傅里叶变换等数学工具将波浪信号转换为频域信号，并从中获取波浪的频谱信息。

频域分析法可以帮助我们研究波浪的频率分布、波谱的特征等。

2. 时域分析法时域分析法是通过分析波浪信号在时间域上的变化来了解波浪的特性。

这种方法常用的分析手段包括自相关函数分析、滤波分析等。

通过时域分析法，我们可以了解波浪的传播速度、波形变化等信息。

3. 统计分析法统计分析法是一种通过统计学方法来分析波浪特性的方法。

通过收集大量的波浪数据，并对其进行统计分析，我们可以了解波浪的平均值、方差、相关性等统计特征。

这种方法适用于研究海洋波浪的长期变化趋势以及波浪与其他环境因素之间的关系。

三、海洋波浪观测与分析的意义1. 研究气候变化通过对海洋波浪的观测与分析，我们可以了解气候变化对海洋波浪特性的影响。

海洋水文观测：海浪观测目测法和仪器法详细介绍海洋水文观测是研究海洋、开发海洋、利用海洋的基础，在维护海洋权益、开发海洋资源、预警海洋灾害、保护海洋环境等方面起着十分重要的作用。

海洋水文观测中的海浪观测主要观测要素为波高、周期、波向、波型、海况、风速和风向。

检测具有国家认可的测绘资质，拥有多名专业级海洋测绘高级工程师、注册测绘师。

我们将利用自身专业的技术、丰富的经验和完善的。

海面无浪，波型栏空白。

风浪，F：受风力的直接作用，波形极不规则，波峰较尖，波峰线较短，背风面比迎风面陡，波峰上常有浪花和飞沫涌浪，U：受惯性力作用传播，外形较规则，波蜂线较长，波向明显，波陡较小混合浪，FU：风浪和涌浪同时存在，风浪波高和涌浪波高相差不大F/U：风浪和涌浪同时存在，风浪波高明显大于涌浪波高U/F：风浪和涌浪同时存在，风浪波高明显小于涌浪波高海浪观测：仪器方法1、以船只为承载工具观测波浪1）仪器设备目前一般采用浮球式加速度型测波仪。

2）观测步骤和要求在船上采用测波仪观测海浪的主要步骤和要求如下：a）当船只进入作业区后，应根据风向和海流确定船只的工作方式（漂移或抛锚）和测头的施放位置。

b）依观测点水深和海况确定仪器记录量程，按8.1.4的要求，选定采样时间间隔，在采样的时间长度（17 min~20 min）测定不少于100个波的波高和周期，取其中100个连续波求得各特征值或记录波面模拟曲线。

c）观测位置应避开影响海浪的障碍物，如暗礁、浅滩、岛屿和人工建筑物等。

测点附近有障碍物时，应记录影响海浪的情况。

d）在强流区测波时，不宜采用海流会导致海浪记录漂零等误差的测波仪﹔测点附近有强电干扰时，不宜采用遥测波浪仪。

2、锚碇测波1）仪器设备锚碇测波常使用声学测波仪和重力测波仪。

2）观测步骤和要求锚碇测波的主要步骤和要求如下：a）应根据项目要求以及观测现场的海洋环境，选用测波仪类型，并确定浮标系留方式。

b）锚碇系统连接前，应对仪器各项性能进行测试，确认仪器良好方可使用。

海浪观测经验总结引言海浪观测是海洋科学中一项重要的研究内容，对于海洋气象、海洋工程等领域具有重要的意义。

海浪观测可以帮助我们了解海洋波浪的特征、发展趋势，进而为海洋工程设计、海上作业等提供科学依据。

本文将总结海浪观测的经验，包括观测方法、工具和数据处理技巧等方面的内容。

1. 海浪观测方法海浪观测可以采取不同的方法，常用的方法包括目测观测、遥感观测和浮标观测。

1.1 目测观测目测观测是最简单、最直观的海浪观测方法。

观测人员可以通过目测海面波浪的高度、周期、形状等特征来评估海浪的情况。

这种方法对于海上作业、沿海旅游等有一定的实用性，但其主观性较强，观测结果的准确性有一定局限性。

1.2 遥感观测遥感观测是利用遥感技术获取海面波浪信息的方法。

常用的遥感观测工具包括卫星、雷达等。

通过遥感观测可以获取大范围、高分辨率的海浪数据，具有较高的准确性和实时性。

然而，由于设备成本高昂，遥感观测方法在海浪观测中的应用还有一定的局限性。

1.3 浮标观测浮标观测是一种常用的实地观测方法。

通过在海上放置浮标并记录浮标在海浪作用下的运动，可以获取海浪的相关信息。

浮标观测具有较高的准确性和可靠性，但需要耗费一定的人力和物力。

2. 海浪观测工具海浪观测需要借助一些专用工具来进行观测和记录。

以下是常用的海浪观测工具：2.1 测高仪测高仪是用来测量海浪高度的工具。

常见的测高仪有浮标式测高仪和压阻式测高仪等。

测高仪的准确性对于海浪观测至关重要，因此在选择和使用测高仪时应特别注意。

2.2 浮标浮标是用来记录海浪波动情况的重要工具。

浮标通常由浮球和传感器组成，通过记录浮标在波浪作用下的运动来获取海浪的信息。

常见的浮标有浮子浮标、浮子压力浮标等。

2.3 遥感设备遥感设备是利用遥感技术进行海浪观测的重要工具。

常见的遥感设备包括卫星、雷达等。

这些设备可以通过传感器获取海浪的实时信息，能够实现远程、全球范围的海浪观测。

3. 海浪观测数据处理技巧海浪观测获取到的原始数据通常需要经过一系列的处理和分析才能得到有用的信息。