波浪
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形容波浪的形状摘要:一、波浪的形状描述1.波浪的基本形态2.波峰与波谷的特征3.波浪的起伏变化二、不同类型波浪的形状特点1.海洋波浪2.海岸波浪3.浅水波浪三、波浪形状与气候、海洋环境的关系1.季节性波浪2.风暴波浪3.潮汐波浪四、波浪形状在实际应用中的意义1.海洋工程设计2.海上交通与安全3.海洋能源开发正文:波浪是海洋中的一种常见现象,其形状丰富多样,具有很高的观赏性和科学研究价值。
本文将对波浪的形状进行详细描述,并探讨不同类型波浪的形状特点以及波浪形状与气候、海洋环境的关系。
一、波浪的形状描述波浪是由风、海底地形、潮汐等因素共同作用形成的。
波浪的基本形态包括波峰、波谷、波腹和波肩。
波峰是波浪的最高点,波谷则是最低点,两者之间的距离被称为波长。
波腹是波浪的平衡位置,波肩则是波峰和波谷两侧的曲线部分。
二、不同类型波浪的形状特点1.海洋波浪:海洋波浪主要受风的影响,其形状通常呈现出较长的波长和较缓的波幅。
在开阔海域,波浪可能呈现出整齐的排列,而在靠近海岸的地方,波浪则会因为地形的影响而变得破碎。
2.海岸波浪:受到海底地形的影响,海岸波浪的形状通常更加陡峭,波长较短,波幅较大。
在岩石海岸,波浪可能呈现出破碎的形态;在沙滩海岸,波浪则可能呈现出缓和的曲线。
3.浅水波浪:在浅水区,波浪受到水深的影响,波长缩短,波幅变大,形状变得更为陡峭。
浅水波浪通常呈现出“破浪”现象,即波峰和波谷之间的距离变短,波浪变得更为尖锐。
三、波浪形状与气候、海洋环境的关系1.季节性波浪:在特定季节,如冬季,受到寒潮和东北季风的影响,我国沿海地区可能出现较大的波浪。
而在夏季,受到台风和南海热带气旋的影响,波浪可能呈现出剧烈的变化。
2.风暴波浪:在强风和恶劣天气条件下,波浪形状会发生显著变化,可能呈现出极高的波峰和波谷,给海上交通和工程带来严重威胁。
3.潮汐波浪:潮汐的涨落会影响波浪的形状,尤其是在河口和海湾地区,潮汐波浪可能呈现出周期性的变化。
波浪的潮汐引言波浪是海洋中常见的自然现象之一,它们在海岸边缘形成,由于风力的作用和海洋潮汐的影响,波浪会以一定的形态不断地滚动着冲击着沿海地区。
然而,波浪的形成和变化受到很多因素的影响,其中之一就是潮汐。
本文将探讨波浪的潮汐现象,包括潮汐的定义、形成原理以及对波浪的影响。
希望通过深入了解波浪的潮汐现象,能够增进对海洋中波浪运动的理解。
什么是潮汐?潮汐是由引力作用而产生的地球表面海洋水位的周期性变化现象。
地球上存在着许多天体,包括月球和太阳等。
这些天体通过引力对地球的表面水体施加作用力,从而使得海水的水位发生周期性的变化。
潮汐的周期通常与月亮的运动周期有关,所以潮汐有时也被称为“月潮”。
具体来说,潮汐周期包括主潮和次潮两种,主潮指的是每个月产生的最高潮和最低潮,而次潮则是每隔半月产生的次高潮和次低潮。
潮汐的形成原理潮汐的形成原理可以用引力理论来解释。
月球和太阳产生的引力不仅对地球本身有影响,也对地球上的海洋水体产生引力。
由于地球自转产生的惯性,海洋水体会对月球和太阳的引力做出反应,产生相对运动。
这种相对运动导致了海洋中水位的周期性变化,形成了潮汐现象。
在潮汐的形成过程中,月球的引力起到主导作用。
由于地球和月球之间的引力相互作用,海洋水位会出现周期性的升高和降低。
当月球位于地球的两侧位置时,引力对海洋水体产生较大的影响,此时出现了主潮;而当月球位于地球的正上方或正下方位置时,引力对海洋水体的影响较小,此时出现了次潮。
潮汐的形成还受到其他因素的影响,例如地球自转的惯性、海洋水体的深度和形状等。
这些因素综合作用下,形成了复杂的潮汐现象。
潮汐对波浪的影响潮汐对波浪的影响是多方面的。
首先,潮汐的周期性变化会导致海洋中水位的升高和降低,这会直接影响波浪的形成和传播。
当水位升高时,波浪的传播速度会减慢,波峰和波谷会相对较高,形成较大的波浪;而当水位降低时,波浪的传播速度会加快,波峰和波谷会相对较低,形成较小的波浪。
波浪的形容词
1、波涛汹涌——汹涌:水势腾涌的样子。
形容波浪大而急。
2、大风大浪——指巨大的风浪。
比喻社会的大动荡、大变化。
也比喻尖锐、复杂、激烈、艰苦的斗争。
3、惊涛骇浪——涛:大波浪;骇:使惊怕。
汹涌吓人的浪涛。
比喻险恶的环境或尖锐激烈的斗争。
4、波涛滚滚——滚滚:大水奔流的样子。
形容江河奔流而来或迅猛发展的潮流。
5、波浪滔天——海浪很汹涌,简直要到了天上似的。
6、浊浪滔天——形容海浪或者是河浪气势滂沱,浪潮很大
7、狂风恶浪——恶浪:凶猛的浪头。
比喻形势或处境非常险恶、危急。
8、风吹浪打——比喻险恶的遭遇或严峻的考验。
9、轩然大波——轩然:高高涌起的样子。
高高涌起的波涛。
比喻大的纠纷或乱子,指不好的影响。
10、此伏彼起——这里起来,那里下去。
形容接连不断。
11、汹涌澎湃——汹涌:洪水猛烈上涌的样子;澎湃:波浪互相撞击。
形容声势浩大,不可阻挡。
12、兴风作浪——兴、作:引起。
原指神话小说中妖魔鬼怪施展法术掀起风浪。
后多比喻煽动情绪,挑起事端。
波浪的分类及其划分理论数三国风流人物,只道句“滚滚长江东逝水,浪花涛尽英雄。
”看着盛唐盛事,你可以摇摇头,低声说:“大潮带雨,夜急,无船渡野渡。
”。
古往今来,有多少文人墨客为那一江春水向东流痴迷,又有多少天妒英才为那翻腾而起的浪花许下凌云壮志。
波浪和它的名字一样足够引起人们的关注和敬仰,而在自然科学和工程界同样如此。
要乘风破浪固然需要勇气,可是在工程实践上却不能鲁莽行事,研究基础的波浪分类有助于我们更深入的了了解它对建筑物的影响。
在课程中,我们大致了解了波浪的一些分类和划分理论,并进一步查阅了相关网站和书籍。
第一部分波浪概述波浪是海洋、湖泊、水库等宽敞水面上常见的水体运动,其特点在于每个水质点作周期性运动,所有的水质点相继振动,便引起水面呈周期性起伏。
因为水是一种流体,它在外力(风、地震等)作用下,水质点可以离开原来的位置,但在内力(重力、水压力、表面张力等)作用下,又有使它恢复原来位置的趋势。
因此,水质点在其平衡位置附近作近似封闭的圆周运动,便产生了波浪,并引起了波形的传播。
由此可见,波浪的传播,并不是水质点的向前移动,而仅是波形的传递。
1.波浪要素波浪的尺度和形状通常用波浪要素来表示。
波浪的基本要素包括:波峰、波谷、波顶、波底、波高、波长、波陡、周期、波速等。
波峰是静水面以上的波浪部分;波谷是静水面以下波浪部分;波顶是波峰的最高点;波底是波谷的最低点;波高(h)是波顶与波底间的垂直距离;波长(λ)是两相邻波顶或波底间的水平距离;波陡(σ)是波高与半个波长之比;波浪周期(τ)是两相邻的波顶(或波底)经过同一点所需要的时间;波速(c)是波形移动的速度,即波长与波浪周期之比值:第二部分、波浪的分类及其划分理论由于一些波可以根据其特性放置在不同的分割区域,因此将在一个分割区域中详细介绍它们,而其他区域则相对忽略。
1、除以振幅与波长的相对比值:(I)小振幅波动(线性波动)小振幅波动是指波高远小于波长(h<<λ)的简单波动。
波浪词语的解释及造句波浪,读音为bō làng,汉语词语,意思是指由风与水之间摩擦引起的水面不平状;下面是小编为大家整理的关于波浪词语的解释及造句,希望对你有所帮助,如果喜欢可以分享给身边的朋友喔!波浪词语的解释江河湖海上起伏不平的水面。
《晋书·张华传》:“须臾光彩照水,波浪惊沸,於是失剑。
” 唐李绅《溯西江》诗:“空阔远看波浪息,楚山安稳过云岑。
” 梁斌《播火记》十九:“他的心情,像大河里的波浪奔腾汹涌。
” 比喻起伏的思潮。
《坛经·疑问品》:“烦恼无,波浪灭。
” 杨朔《三千里江山》第四段:“和平环境里,心里也许有些小波浪,不大如意;一上战场,什么不如意都抛到九霄云外去了,只有一个想头--应该胜利。
”波浪词语的近义词波涛[ bō tāo ]波澜[ bō lán ]波浪词语的造句1、心,对公园来说已经纯洁了,已经放弃了世界的所有繁荣,把霓虹灯挂在自己的天空,让风上升,云上升,让浑浊的波浪变空,将保持不变,并将永久封闭。
2、想去看海,有轻轻的波浪和汹涌的心跳,星星躲在云里,烟火在瞳孔里闪烁,想把你投入血液,最温暖、最安全的方式,请把我当成你的时间的尽头。
3、波浪的另一个众所周知的特性是,当遇到障碍时,它们能够反射。
4、夏紫烟雾在我记忆中挥之不去的阴霾就像一幅像诗一样的图画,激起波浪,奏出哀伤的调子。
5、雨停了,花瓣上的水珠映射出红光,伴随着彩虹,把洁白的云染红了,茫茫天际中,刹那间涌起红色的波浪,跌宕起伏,美丽万分。
6、突然,远处一道白色的波浪齐刷刷地向海岸涌来,好像一匹匹飞驰的骏马,又如一条暴怒的白色巨龙。
7、绿萝的枝条不是笔直的,而是弯曲的,就像是海面上的波浪。
8、一阵微风吹过,水面上起了一层层波浪,小溪伸了伸懒腰,睁开了惺忪的眼睛,向四周看了看周围的新鲜事儿。
9、远处,微风吹来,田野里掀起了一层层金黄的‘波浪’,整个山村洋溢着丰收的喜悦。
10、秋天来临时,我家后面整片金黄色的稻穗,随着微风摇摆不定,就像起伏的波浪,景色美极了。
波浪的概念含义波浪是一种能量传播方式和自然现象,指的是水面、空气、大气中的能量以波的形式传播的现象。
波浪的产生源于能量的传递和储存,是由于外界力量的影响导致介质发生波动。
波浪主要由以下要素组成:波峰、波谷、波长、波速和波幅。
首先,波峰和波谷是波浪的基本特征。
波峰是波浪最高点的位置,而波谷则是波浪最低点的位置。
波浪的高度是指波峰与波谷之间的垂直距离。
其次,波长是波浪连续重复的空间长度。
它是指相邻两个波峰或波谷之间的距离。
波长与波速和波周期有关,波长越短,波速越大,波周期越短。
波速是波浪传播的速度。
对于海浪来说,波速取决于波长和周期。
波速与波长和周期之间的关系可以根据物理公式进行计算。
例如,海浪的波速通常是由风的速度和风与海水的摩擦力之间的相互作用来决定的。
波幅是指波浪的最大振幅。
它是由波峰和波谷之间的距离决定的,可以理解为波浪的高度。
波浪是由外界力量作用于介质引起的能量传递和传播的现象。
在海洋中,波浪主要是由风力、地质活动、潮汐等因素引起的。
而在空气中,例如声波则是由物体振动造成的空气分子的机械波,其传播速度取决于介质密度、弹性和温度。
根据波动的性质,波浪可以分为机械波和非机械波。
机械波是指介质中的能量传递是通过介质颗粒的振动而进行的波,例如海浪和声波。
非机械波是指能量传递不需要媒质的波动,例如光波和无线电波。
波浪对于人类和自然环境都有重要的影响。
海浪是海洋中的一种机械波,对海岸线和沿海地区的地质、地貌、气候和生态系统都有影响。
大型海浪可以引起海啸,对沿海地区造成巨大破坏。
此外,波浪还是冲浪和水上运动的基础,也经常作为自然风景和旅游资源的一部分。
对于声波来说,波浪是传播声音的机制。
声波的特性如频率和振幅不仅决定了声音的音调和音量,也影响了声音传播的距离和清晰度。
声波在日常生活中广泛应用于通信、音乐、电子设备以及医学和科学研究等领域。
在光学中,波浪是描述光的传播和干涉现象的基本概念。
光波的性质可以解释许多现象,如反射、折射、干涉和衍射等。
地理波浪知识点总结图解一、波浪的定义和形成原因1. 波浪的定义:波浪是指海洋中的起伏波动,是海浪在海洋中传播时形成的一种波动现象。
2. 波浪的形成原因:波浪的形成有多种原因,主要是受风力、地球引力和地形地貌等因素影响。
(1)风力:地球表面风力是形成海浪的最主要原因。
风力越大,产生的波浪也就越大。
(2)地球引力:地球引力也是波浪形成的一个重要因素,它会影响海洋的水位,产生波浪。
(3)地形地貌:海底的地形地貌对波浪的形成和传播也有重要影响。
二、波浪的分类根据波浪传播方式的不同,波浪可分为横波和纵波。
横波是指波浪振动的方向垂直于波传播方向,而纵波是指波浪振动的方向与波传播方向平行。
根据波浪的成因和特征不同,波浪又可分为风浪、潮汐波、风暴潮、阵风波等。
三、波浪的特征波长、波高和波速是波浪的重要特征。
1. 波长:波浪峰与波浪峰之间的距离称为波长,用λ表示。
波长决定了波浪的传播速度和频率。
2. 波高:波浪顶部到波谷之间的垂直距离称为波高,用H表示。
波高决定了波浪的能量大小。
3. 波速:波浪的传播速度称为波速,用V表示。
波速与波长、波高有关,一般情况下波速等于波长除以波浪的周期。
四、波浪的影响波浪对海洋和沿海地区的影响十分深远,主要体现在以下几个方面。
1. 造成海面波动,对航海和渔业造成影响。
2. 侵蚀海岸,改变沿海地貌。
3. 形成沿海海岸地形。
4. 影响沿岸风景资源和旅游业。
五、波浪的利用1. 在轮船航行中,可以利用波浪来提高航速、节省燃料。
2. 利用波浪能量发电。
3. 在冲浪运动中,运动员可以利用波浪的力量进行冲浪。
4. 波浪也可以用来对海岸进行防护,防止海岸侵蚀。
六、波浪的保护1. 加强对海洋资源的保护,减少人为因素对海洋环境的破坏。
2. 控制海洋废弃物的排放,减少海洋污染。
3. 加强气象预测和预警系统的建设,提前预警海浪可能带来的危害。
4. 积极开展波浪能源的开发和利用,减少对传统能源的依赖。
以上就是关于地理中波浪知识点的总结,希望对大家有所帮助。
地理波浪知识点总结图波浪是一种自然现象,是海洋中的一种波动现象。
波浪是海水表面上的周期性变化,它的形成是由于海水受到风力的刺激而产生的。
波浪在海洋中不断地生成和传播,形成了复杂的波浪系统,对海洋风暴、沿海工程和航海活动都有着重要的影响。
波浪的形成和传播1. 波浪的形成波浪是海水表面上的周期性运动,它的形成与风力有关。
当风力作用于海水表面时,会引起海水的扰动,形成波浪。
波浪的形成受到风力的大小、方向和持续时间的影响。
当风力较大、方向持续一段时间时,会形成高而陡的波浪;当风力较小或者方向不一致时,波浪则会表现出较为平缓的特点。
2. 波浪的传播波浪在海洋中的传播受到多种因素的影响,如风力、海水密度、地形等。
当波浪传播至浅水区时,会发生折射和衍射现象,使得波浪的传播方向和速度发生变化。
此外,海底地形也会对波浪的传播产生影响,如岛屿、沙洲等地形都会使波浪的传播方向和高度发生变化。
波浪的特征1. 高度波浪的高度是指波峰和波谷之间的垂直距离,通常以米为单位。
波浪的高度受到风力的影响,一般来说,风力越大,波浪的高度也越大。
2. 周期波浪的周期是指波峰或波谷通过一个点所需的时间,通常以秒为单位。
波浪的周期受到风力、海水深度和地形的影响,一般来说,波浪周期较短的波浪速度较快,波浪周期较长的波浪速度较慢。
3. 速度波浪的速度是指波峰或波谷通过一点的速度,通常以米/秒为单位。
波浪的速度受到波高、周期和海水深度的影响,一般来说,波高较大、周期较短的波浪速度较快,波高较小、周期较长的波浪速度较慢。
波浪的影响1. 对海洋生物的影响波浪对海洋生物有着重要的影响。
适度的波浪可以使海水中的氧气和二氧化碳得到均匀的分布,有利于海洋生物的呼吸和新陈代谢。
但是,过大的波浪会影响海洋生物的生存和繁衍,甚至对珊瑚礁等海洋生态系统造成破坏。
2. 对航海活动的影响波浪对航海活动有着直接的影响。
大型的波浪会对船只产生影响,甚至造成船只的翻覆。
因此,在航海活动中需要对波浪的高度、周期和速度进行分析和预测,以确保航海的安全。
波浪理论口诀及图解1. 引言在物理学和工程学中,波浪是一个广泛研究的领域,涉及到波浪的形成、传播、相互作用等方面。
理解波浪理论对于解释海洋、大气中出现的波浪现象以及设计和维护海洋和沿海结构非常重要。
本文将介绍一些波浪理论的口诀,帮助读者快速掌握波浪理论的主要概念。
2. 线性波浪理论2.1 波浪参数线性波浪理论是一种简化的波浪模型,适用于波浪振幅相对较小的情况。
在线性波浪理论中,常用的波浪参数包括:•波高(H):波浪顶部到波浪底部的垂直距离。
•波长(L):波浪的水平距离,即两个相邻波峰或波谷之间的距离。
•波周期(T):波浪从一个波峰到相邻波峰所需时间。
2.2 波浪频率波浪频率是指波浪的周期倒数,通常被表示为 f。
波浪频率与波浪周期的关系为:[ f = ]2.3 波速波速是指波浪峰从一个点传播到相邻点所需的时间,通常被表示为 c。
波速与波长和波周期的关系为:[ c = ]2.4 波浪传播线性波浪理论中,波浪的传播可以通过以下方程来描述:[ + g = 0 ]其中,() 是水面振动的垂直位移,(t) 是时间,(x) 是水平方向的位置,(g) 是重力加速度。
3. 非线性波浪理论3.1 非线性波浪参数非线性波浪理论适用于波浪振幅较大的情况,考虑波浪的非线性效应。
除了线性波浪参数外,非线性波浪理论还引入了以下参数:•波动陡度(S):波浪高度与波长之比。
•波浪速度(U):波浪峰的平均速度。
3.2 非线性波浪理论的基本方程非线性波浪理论包括一个非线性波动方程,用于描述非线性波浪的传播。
该方程可以表示为:[ + g + ( U ) = 0 ]3.3 非线性波浪的稳定性非线性波浪可能出现不稳定现象,如波浪破碎、波浪合并等。
非线性波浪的稳定性可以通过波浪理论中的一些数学条件来判断,如雅可比判别式等。
4. 小波理论4.1 小波变换小波理论是一种分析信号的工具,可以分解信号成不同频率和时间范围的成分。
小波变换可以将信号表示为不同尺度和位置的小波基函数的线性组合。
2、波浪周期及实例解读图1:五浪上升三浪下降组成完整周期一个完整的波动周期,即完成所谓从牛市到熊市的全过程,包括一个上升周期和一个下跌周期。
上升周期由五浪构成,用1、2、3、4、5表示,其中1、3、5浪上涨,2、4浪下跌;下跌周期由三浪构成,用a、b、c表示,其中a、c浪下跌,b浪上升。
与主趋势方向(即所在周期指明的大方向)相同的波浪我们称为推动浪,与主要运动方向相反的波浪称为调整浪。
也就是说,在上升周期中,因为主趋势向上,那么1、3、5浪为推动浪, 2、4浪为调整浪,是对上涨的调整;在下降周期中,因为主趋势向下,那么a、c浪为推动浪,b浪为调整浪,是对下跌的调整,即我们常说的反弹。
1、推动浪与调整浪永远交替运行。
2、每一个推动浪都与主趋势的运动方向相同,并可以进一步细分为五个更小的波浪,即顺势五浪,用1、2、3、4、5来表示。
3、每一个调整浪都与主趋势的运动方向相反,由三个更小的波浪构成的,即逆势三浪,用a、b、c来表示。
4、一个完整的循环完成后,可以合并构成更高等级波浪的子浪。
5、无论市场运行时间长短以及涨跌幅度大小如何变化,市场基本形态永远不会改变。
所谓推动浪就是维持所在周期大趋势的波浪,在同级别的波浪里,推动浪一浪超越一浪。
推动浪的形态较为简单,分为延伸浪、倾斜三角形和失败形态三种。
(一)延伸浪图4:延伸浪的两条规则其一,1、3、5浪中只有一个浪会出现延伸浪,3浪和5浪出现延伸的几率较大,所以我们只给出了上升周期的第3浪发生延伸以及下跌周期的第5浪发生延伸的示意图作为范例,其余的依此类推。
其二,如果三个推动浪中的任何一浪出现延伸,那么其余两个波浪的运行时间和运行幅度会趋向接近。
(二)倾斜三角形倾斜三角形只在5浪中出现,通常在一段非常迅速的暴涨或暴跌后,成交量逐渐萎缩,波动幅度逐渐减缓,趋势演变为倾斜三角形。
多头倾斜三角形出现在头部,暗示趋势将向下反转;空头倾斜三角形出现在下降末端,暗示趋势将向上反转。
有关波浪的一些基本问题2007年04月目录1关于波浪的基本特征参数和名词解释 (1)1.1波浪的基本特征参数 (1)1.2有关波浪的名词解释 (2)2描述波浪运动的基本理论 (4)2.1艾利的微幅波理论 (4)2.2斯托克斯的有限振幅波 (8)2.3浅水非线性波 (13)3波浪统计特征和谱 (14)3.1波浪的统计特性 (14)3.2波谱的简要介绍 (17)4关于风浪计算的一些问题 (21)4.1一般介绍 (21)4.2几种参数化方法计算公式 (23)5波浪传播与变形 (26)5.1波浪浅水变形 (26)5.2波浪折射 (27)5.3波浪绕射 (28)5.4波浪传播变形综合计算 (29)5.5波浪破碎指标及破波波高 (29)5.5.1波浪破碎指标及破波波高 (30)5.5.2破波分类 (32)5.5.3波浪的增、减水和近岸流 (33)5.6波浪反射 (35)1 关于波浪的基本特征参数和名词解释波浪是海洋、湖泊等水域常见的一种自然现象。
波浪生成原因很多,风是波浪生成的重要因素,故有无风不起浪之说。
当然我们还见到无风时的浪,称之为涌浪,这也是由风引起,当风引起波浪传至风作用区域以外,被我们见到。
由于波浪是因风产生,那么波浪大小和风的几个参数如风速、风时、风距等密切相关,对于近岸水域还受水深影响。
小风速,作用时间短,作用距离短产生不了大浪。
有限风区的水域一般都是风产生的风成浪。
风成浪的特点是波周期短。
宽阔的水域就会有从远处产生的风浪传至近岸水域的涌浪。
波浪传播过程中长周期部分传播速度快,传播距离远,至我们观测处波周期长,故涌浪波周期长。
我国沿海观测到除了风浪外,纯涌浪不多,大多是既有风浪部分又有涌浪成分的混合浪。
混合浪的周期也比较长。
1.1 波浪的基本特征参数表示波浪特征的主要有波高、波长或周期和波向等参数:(),1H a x t L d T f f T c c L ηηη⎧⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎩⎧⎪⎪=⎨⎪⎪=⎩波 高——波谷底至波峰顶的垂直距离振 幅——波浪中心线至波峰顶的垂直距离空间尺度参数波 面——波面至静水面的垂直位移=波 长——两个相邻波峰顶之间的水平距离水 深——静水面至海底的垂直距离。
第3章波浪海洋运动可按周期性与非周期性运动区分,也可按大尺度、小尺度、高频、低频运动来区分。
周期性运动有风浪、涌浪、潮波等。
由海表面风应力产生的风浪是空间小尺度、高频周期性运动。
涌浪是远处扰动产生的波浪,在传播过程中已滤掉了高频的、小尺度的波动。
潮波则是由天体引潮力产生的外重力长波的传播,较之于风浪,属大尺度、低频波动。
3.1波浪参数的定义波浪为机械能通过水体的传播,是能量而不是水体随着波速传播,这个现象是容易观测到的。
观测一个漂浮瓶子,随着每个波的经过而上下浮动,我们可以发现波能通过海表面快速的水平传播,但漂浮瓶子自身只作上下运动。
在开阔大洋,瓶子在垂向做圆周运动。
在浅海地区,例如大陆架坡,在垂直方向作椭圆运动。
我们在水中实际看到的是波能驱动水体的形态或者波形。
每个波形有一些确定的性质。
5个典型的参量用来描写海洋波浪,它们是(1)波长L;(2)周期T;(3)水深D;(4)波高H;(5)波速C(相速);波长L:波形上任意两个相似点之间的距离,例如两个连续的波峰和波谷。
波长测量需平行于波的传播方向。
周期T:某个参考点两个连续波峰通过所需的时间间隔。
波高H:从波峰到波谷测量的垂向距离。
水深D:从波谷到海底的水深。
波速C:波的传播速度,它为波长/周期,即C=L/T;这5个参量定义示意图见图3.1。
波的运动轨迹如图3.2所示。
图3.1 波参量图3.2波的轨迹运动3.2风浪(wind-generated waves)形成:由移动空气(风)向水体传输能量,形成于海表面。
尺度:风产生波的范围由毛细波(最小波)到飓风产生巨浪。
最小的波,如毛细波,周期小于1/10s,波长小于2cm。
这些波可以在非常平静的海面和湖面上,被一阵风初始扰动后观测到。
风和风浪之间的关系:风浪的高度和周期是三个因子的函数:(1)风速;(2)风期;(3)风区(风吹在海面上的距离),见图3.3图3.3影响风浪高度和周期的因子:风区,风速和风期。
风浪大小将随风速、风期和风区增加而增大。
波高和波长一般随风速和风区的增加而增加。
风区在决定波长方面是重要的。
在湖中只有几米的波长是常见的,因为在湖中风区短。
由于海洋中风区长,就几百米波长的风浪,在海洋中是常见的。
在浅水,如湖中和大陆架,水深可能成会影响风浪的重要因子。
在由风暴和飓风产生风浪时,长波一般传播得较快,短波传播得慢。
我们可以从波速的传播中容易看到,它是波长与周期的比值。
如果长波和短波的周期相同,长波的波速将比短波的波速大。
这个例子可从图3.3中看到。
一般地,风暴和飓风能产生非常高的表面波。
然后,因为在风暴和飓风期间测量波高是十分困难的,所以不清楚风浪的最大可能高度。
但大的巨浪可由来自不同方向和具有不同波长的波相交产生。
在它们相交的地方,波形之间相互叠加,导致在波形的一个地方加强,在波形的另一个地方减弱。
两个波相交产生的波的例子可见图3.4。
波的相交可用来说明为什么海洋表面一会儿也许是平静的,随后很快地出现一些大波。
图3.4 2个不同波长的波形相互叠加,形成具有极高和极低的新的波形。
风浪,涌浪和破波(sea, swell, surf)风浪分三个阶段完成它们的生命:风浪,涌浪和破波。
某个地方由风直接影响产生的波,如风暴发生的地方,称为风浪。
风浪是不规则的,没有系统的形态。
因为风浪是由独立的风拖曳海水事件产生的,风浪具有不同周期、波高,以及不同的传播方向。
因为相近尺度的风浪以相近速度传播,趋于类聚,所以风浪最终变为均匀波形。
具有规则波形的波浪称为涌浪。
当涌浪进一步从生成地向外传播时,它们的波形在长度上趋于保持一致,但因能量损失波高下降。
当波浪向岸传播时,波高增大,波浪破碎。
这个过程叫破波。
因为波浪质点不再在运动轨迹内运动,而是向海岸运动,因此破波与风浪和涌浪不同。
这个过程通过向岸波浪破碎,导致大量能量被释放出来。
图3.5 进入破碎带波浪。
当波形进入浅水(水深小于波长的一半)波长减小,波高增大。
周期仍然保持一致。
波破碎后它的能量将消耗在海滩上。
当波浪进入浅水区,只有它的周期保持不变其它特征均改变,包括波长、波高和波速(见图3.5)。
波长和波速在较浅海区减小,这个变化是较小的,一直到水深为波长一半为止。
在这个水深,可以说波浪感觉到了海底,使得波高快速增大。
在浅水区,水质点的轨迹运动变得压缩,形态变得扁平。
更多的能量被压入更小的空间内,所以波浪开始增加波高。
当波浪变得很高以致在波峰上质点的速度超过波速时,波浪向前摇晃,或者破碎。
在缓坡海滩上,当H/d(波高/水深)的比值介于0.8与0.6之间时破波经常发生。
海岸是一个观测地球系统间如何相互联结的一个很好的地点:来自太阳的能量引起大气运动(风),它输入一部分能量进入海表面,产生波浪。
这些波浪传播几百至几千公里,把能量消耗在海岸上,导致海岸冲刷。
在这个过程中,能量来自太阳,最终消耗在海滩上。
波的折射如果波垂直海岸进入浅水区,它们将把能量直接消耗在海滩上。
然而,波以其它的角度进入浅水时,或者如果它们遇到近岸地形不规则的变化,它们的传播方向将发生改变。
这个方向改变叫折射。
在另一部分波进入浅水前一部分波已进入浅水,折射将发生。
当第一部分到达浅水时,它的波速下降,引起整个波转向,趋向于平行海底和等深线。
最后,波浪在近乎平行海岸时破碎(见图3.6和3.7)。
折射也绕水中物体发生,如冰山。
图3.6 沿海滩波浪折射。
当波浪以某个角度接近直线海岸时,浅水中一部分波相对于较深水中一部分波较慢传播。
这个效应产生折射和波的方向的改变。
折射依赖于海底地形、波长、趋近海岸的方向。
在不规则海岸,在底形高的地区,如水下海脊、岬角、隆起点,折射能引起波能的汇合和辐合。
波能的发散或辐散,发生在水下峡谷和海湾。
与能量辐合区域相比,它们是水体平静的区域。
在能量辐合区域,冲刷较大,而在能量辐散区淤积较大。
图3.7 近岸区域波的折射。
当波进入浅水区,它们感觉到底形存在,相对于较深水区部分,波速变慢。
这导致波形弯曲或折射。
在地形高的地方波能辐合,在开阔海湾地区波能辐散。
波浪产生的沿岸流和离岸流 当波浪破碎后海水被带入破波带,并向海滩输运。
一些或大部分海水沿着破波带底部流回海洋。
然而,波以一般的角度趋近海滩,海水通常挟带大量泥沙作沿岸输运。
海水沿海滩的运动叫沿岸流。
在沿岸流能抵御入射波之前,它随着时间增强,之后海水流向大海,并称之裂流(见图3.8)。
因为向海流动,裂流对游泳者是危险的。
图3.8 在近岸区域沿岸流和裂流的形成。
在沿岸区域海水的堆积导致裂流,它最终以窄的和快的流返回大海3.3 风生惯性振荡众所周知近惯性振荡广泛地存在于海洋中。
在北半球它们以顺时针旋转,近圆周水平运动,频率稍比局地惯性频率大(局地惯性频率为θsin 2Ω=f ,其中θ为纬度)。
许多观测和理论研究表明与局地风场相关的海表面风应力的突然变化、飓风过境、海风和大风锋面过境可产生近惯性运动。
近惯性振荡的时空结构随外力和地点而变化。
在开阔海洋,风生近惯性振荡主要由局地风、混合层厚度和垂向层结决定。
观测到的振荡在近表面加强,随混合层加深而减弱。
它们间断地发生,典型的间断时间尺度为5至7天,水平相干的尺度为20至60km 。
尽管这些振荡主要激发在混合层内,惯性能量可通过主温跃层向下传播到深层海洋。
然而,在海岸地区由于海底地形和海岸的限制近惯性振荡的振幅和空间结构发生改变。
为满足穿越海岸无流的边界条件,振荡的振幅必定朝海岸减小。
我们首先用一个简单的混合层来介绍惯性振荡的概念,随后给出一个实际观测到的近惯性振荡的例子。
图3.9 混合层示意图h :混合层厚度。
假设风应力 ),0(y ττ= ,因后风生运动的线性方程为(大洋,均质): )(1zu A z fv t u k o ∂∂∂∂=-∂∂ρ (3..1))(1z v A z fu t v k o ∂∂∂∂=+∂∂ρ (3.2) 边界条件 y k kzv A z u A τ-=∂∂=∂∂,0 0=z at (在海表面) 0,0=∂∂=∂∂z v A z u A k k h z at -= (混合层底) 首先,我们从-h 到0积分方程(3.1)和(3.2),产生 0=-∂∂fhv thu (3.3) oy fhu t hv ρτ-=+∂∂ (3.4) 定义hu U =和,hv V = 为x 和y 方向混合层输运的分量,方程(3.3)和(3.4)可重写为 0=-∂∂fV tU (3.5) oy fU t V ρτ-=+∂∂ (3.6) 用复数形式重写方程(3.5)和(3.6),即iV U W +=在方程(3.6)两边乘以i ,把它和方程(3.5)相加,产生i ifW t W o y ρτ-=+∂∂ (3.7) 方程(3.7)的解为 fCeW o y ift ρτ-=- (3.8) 假设在t=0时w=0,因后 fC o y ρτ= (3.9) 把(3.9)式代入(3.8)式,我们有 )1(-=-ift o y e fW ρτ (3.10) 即, )sin 1(cos ft i ft f iV U o y --=+ρτ 因此, )1(cos -=ft fU o y ρτ (3.11) ft fV o y sin ρτ-= (3.12) 从方程(3.11)可见x 方向解包括两个部分:i U 和e U , ft fU o y i cos ρτ= 惯性振荡 (3.13) fU o y e ρτ= 埃克曼输运 (3.14) 在风应力y 方向,因埃克曼输运总在风方向右边,流表示为纯粹的惯性振荡。
我们在这里情形是风只在y 方向吹,所以埃克曼输运只在x 方向。
因此,混合层水平输运为埃克曼输运和惯性运动之和。
惯性运动特征为顺时针方向运动。
我们可以通过在x -y 平面上画流的轨迹容易认识到这一点。
重写惯性运动的解为ft fU o y i cos ρτ= (3.15) ft fV o y i sin ρτ-= (3.16) ),16.4.7()15.4.7(⨯+⨯i i V U 我们有, 222222)()sin (cos )(fft ft f V U o y o y i i ρτρτ=+=+ (3.17) 这是一个典型的圆周方程。
因此,惯性运动为一个圆。
在,0sin ,0==ft t 以及,1cos =ft 所以,;0),(==i o y i V fU ρτ当,1sin ,2/==ft f t π以及,0c o s =ft 所以),(,0f V U o y i i ρτ-==等等。
如果我们画流速作为时间函数,可得到惯性运动为一个圆图3.10 风生惯性运动为一个圆惯性振荡周期为 fT π2= (3.18) 对给定风,振荡周期为纬度的函数。
例如,在赤道,∞→=Ω=T f ,0sin 2θ在9.23,10292.75.010292.72sin 2,3055=⨯=⨯⨯⨯=Ω=--T f N θ 小时 在17,45=T N 小时在12,90=T N 小时。