海浪谱公式总结 PPT
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描述海浪内部能量相对于频率和方向的分布。
为研究海浪的重要概念。
通常假定海浪由许多随机的正弧波叠加而成。
不同频率的组成波具有不同的振幅,从而具有不同的能量。
设有圆频率ω的函数S(ω),在ω至(ω+ω)的间隔内,海浪各组成波的能量与S(ω)ω成比例,则S(ω)表示这些组成波的能量大小,它代表能量对频率的分布,故称为海浪的频谱或能谱。
同样,设有一个包含组成波的圆频率ω和波向θ的函数S(ω,θ),且在ω至(ω+ω)和θ至(θ+ω)的间隔内,各组成波的能量和S(ω,θ)ωθ成比例,则S(ω,θ)代表能量对ω和θ的分布,称为海浪的方向谱。
将组成波的圆频率换为波数,可得到波数谱;将ω换为2π(频率为周期的倒),得到以表示的频谱S()数。
以上各种谱统称为海浪谱。
海浪谱不仅表明海浪内部由哪些组成波构成,还能给出海浪的外部特征。
比如,理论上可由谱计算各种特征波高和平均周期,利用这些特征量连同波高与周期的概率密度分布,可推算海浪外观上由哪些高低长短不同的波所构成。
若已知海浪的谱,海浪的内外结构都可得到描述,因此谱是非常有用的概念。
事实上,海浪的研究(包括许多应用问题),大多和谱有关。
频谱在海浪谱中,风浪频谱得到最广泛的研究,因为它的应用最广,也最易于得到。
但尚无基于严格理论的风浪频谱。
已提出的经验的或半经验的频谱很多,大多数用[245-1]的乘积来表达。
通常p为5~7,q为2~4,在正量A和B之内。
除了数值常数外,还包含风要素(如风速、风时和风区)或浪要素(如特征波高和周期)作为参量,故谱的形状随风的状态或对应的浪的状态而变化。
上述两项的乘积代表的谱,在ω=0处为0,在0附近的值很小,ω增加时,它骤然增大至一个峰值,然后随频率的增大而迅速减小,在ω→∞ 时趋于0。
这表明谱的频率范围在理论上虽为0~∞,但其显著部分却集中在谱峰附近。
海面上存在的许多波,其显著部分的周期范围很小,恰和理论结果相对应。
随着风速的增大,谱曲线下面的面积(从而风浪的总能量或波高)增大,峰沿低频率方向推移,表明风浪显著部分的周期增大。
海浪概述⼀、波浪(Wave)要素1、波峰――波⾯的最⾼点。
2、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。
5、波长(λ)――相邻两波峰或相邻两波⾕之间的⽔平距离。
6、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相继通过⼀固定点所需要的时间。
8、频率(f)――周期的倒数,f=1/T。
9、波速(C)――波峰或波⾕在单位时间内的⽔平位移(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。
11、波向线――波形传播的⽅向线,垂直于波峰线。
⼆、波浪的分类1、按周期或频率分类海浪⼤部分能量集中在周期4~12s的范围内,属重⼒波范围。
最常见的重⼒波是风浪和涌浪。
2、按成因分类1)风浪和涌浪风浪(Wind Wave)――风的直接作⽤所引起的⽔⾯波动。
(⽆风不起浪)涌浪(Swell)――风浪离开风区传⾄远处,或者风区⾥风停息后所遗留下来的波浪。
(⽆风三尺浪)2)海啸(Tsunami,⼜称地震波)――由于海底或海岸附近发⽣地震或⽕⼭爆发所形成的海⾯异常波动。
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。
世界上常受海啸袭击的国家和地区有: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)引起的海⾯异常上升现象。
主要原因:海⾯⽓压分布不均匀――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、汕头⾄珠江⼝是严重多发区。
4)内波(Internal Wave)――密度相差较⼤的⽔层界⾯上的波动。
内波对航⾏船舶的影响:死⽔和共振船舶克服“死⽔”和“共振”的有效⽅法是改变航速和航向。