第6章海洋中的波动现象

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。

《海洋科学导论》---第六章--波动现象第六章海洋中的波动现象海洋中的波动是海⽔的重要运动形式之⼀。

从海⾯到海洋内部处处都可能出现波动。

波动的基本特点是，在外⼒的作⽤下，⽔质点离开其平衡位置作周期性或准周期性的运动。

由于流体的连续性，必然带动其邻近质点，导致其运动状态在空间的传播，因此运动随时间与空间的周期性变化为波动的主要特征。

实际海洋中的波动是⼀种⼗分复杂的现象，严格说，它们都不是真正的周期性变化。

但是，作为最低近似可以把实际的海洋波动看作是简单波动（正弦波）或简单波动的叠加，从研究简单波动⼊⼿来研究海洋中的波动是⼀种可⾏的⽅法。

⽽且简单波动的许多特性可以直接应⽤于解释海洋波动的性质[13]-。

§6.1 概述6.1.1 波浪要素⼀个简单波动的剖⾯可⽤⼀条正弦曲线加以描述。

如图6-1所⽰，曲线的最⾼点称为波峰，曲线的最低点称为波⾕，相邻两波峰（或波⾕）之间的⽔平距离称为波长（λ）相邻两波峰（或者波⾕）通过某固定点所经历的时间称为周期（T ）。

显然，波形传播的速度/c T λ=。

从波峰到波⾕之间的铅直距离潮位波⾼（H ），波⾼的⼀半2a=H/称为振幅，是指⽔质点离开其平衡位置的向上（或向下）的最⼤铅直距离。

波⾼与波长之⽐称为波陡，以(/)H δλ=表⽰。

在直⾓坐标系中取海⾯为x y -平⾯，设波动沿x ⽅向传播，波峰在y ⽅向将形成⼀条线，该线称为波峰线，与波峰线垂直指向波浪传播⽅向的线称为波向线。

图6-1 波浪要素6.1.2 海洋中的波浪海洋中的波浪有很多种类，引起的原因也各不相同。

例如海⾯上的风应⼒，海底及海岸附近的⽕⼭、地震，⼤⽓压⼒的变化，⽇、⽉引潮⼒等。

被激发的各种波动的周期可从零点⼏秒到数⼩时以上，波⾼从⼏毫⽶到⼏⼗⽶，波长可以从⼏毫⽶到⼏千千⽶。

海洋中波动的周期和相对能量的关系如图6-2所⽰。

由风引起的周期从1~30s 的波浪所占能量最⼤；周期从30s ⾄5min ，为长周期重⼒波，多以长涌或先⾏涌的形式存在；⼀般是由风暴系统引起的。

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。