海洋科学导论第四章分析.ppt

海洋的运动现象;第四章、海洋中的波动现象;第四章、海洋中的波动现象;;二、波浪表示法 1、平均波高 ;2、均方根波高 ;3、部分大波的平均波高 波浪的显著部分或特别显著部分;;0-5級;三、波浪分类 1、按成因： 1）．海浪(ocean wave) ： 由风产生的波浪:风浪 涌浪 2）.潮汐波( tidal wave ) ： 天体引潮力作用下产生的波动3）.海啸 海底地震、火山爆发、塌陷和滑坡向海水释放能量引起的波动。 ;深水区： 传播速度快 T：几分-几十分 λ：数百千米 H ：数米 δ ：10-5左右 ;4）.风暴潮（storm surge） 热带气旋引起局部海面振荡或非周期性异常升高(降低)现象。 别名： 气象海啸 ;5).内波（interal wave） 流体中密度垂直分布层化时，由外力扰动产生的波动 。 ;相同能量产生的内波振幅大于海面波振幅 海面的海水上升需要克服重力 海洋内部海水上升，重力和浮力几乎抵消;海洋内波的利弊;海洋内波的利弊;海洋内波的利弊;2、依波形的传播性质： 1）.前进波( progressive wave )： 波形不断地向前传播的波浪 2）.驻波(standing wave) 波形不向前传播,只是波峰和波谷在固定点不断地升降交替着的波浪,;3、依水深相对波长的大小： 1）深水波（deep water wave） 水深〈h〉相对波长〈 λ 〉很大 h/ λ ≥1/2------深水波界限 2）浅水波（shallow water wave） 水深相对波长很小 h/ λ ＜1/20-----浅水波界限; 1）、毛细波(Capillary wave) 恢复力——表面张力 波长＜1.74cm，圆形波峰以及V型波谷 表面张力波 2、重力波 (gravitational wave) 恢复力——重力 正弦曲线→波峰尖，波谷圆的形状;;第二节、波浪运动的基本特性 小振幅波理论 有限振幅波理论 ;一、水质点运动与波形传播 波形的传播： 同一个波面上的水质点各以一定的位相差，相同的周期，沿着各自的，形状彼此相同的轨迹运动的结果。 ;;二、波长、周期、波速和水深间的关系 ;定义为： ;1、深水波 C= ;1)已知T C=1.56 T λ=1.56T2 2)已知λ ;2、浅水波 ;三、波动随深度而变化 1、深水波 振幅a=a0e-2πz/λ a0：表面水质点的圆半径（振幅）， z：水质点所处的深度 H=H0 e-2πz/λ;表面波;;四、波动的能量 沿波锋方向 单位宽度一个波长内势能： Ep=1/16ρgH2λ 单位宽度一个波长内动能： Ek=1/16ρgH2λ 总能量： E = Ep + Ek =1/8ρgH2λ=1/2ρga2λ ;;能量传递速率： P=1/2EC 能量的一半以波速随波传播 -----势能传播;单一波 λ=100m，H=1.414m ;五、正弦波的叠加 1、波群 波的相互叠加，形成振幅由小到大，再由大到小的群集分布的波。两列传播方向相同，波长和周期稍有不同的波叠加 ;群速Cg： 合成波波群的包络线所表示波形的传播速度 。 深水波： 群速为个别波速的一半。 Cg=1/2C 浅水波： 群速与个别波波速相等。 Cg=C ;2、驻波 两列振幅、波长、周期均相同，波向相反的正弦波叠加形成波形不传播、波面只在原地振动的波。 ;;幅度＝2a --------波腹 ;( n=0,1,2,…)时， ;特点： 相邻两个波腹或波节间的水平距离＝1/2波长 波腹处水质点只作垂直运动 水质点通过波节时只作水平运动 在波节和波腹中间的点，既有水平速度又有垂直速度;波面处于最高、最低位置时，水质点速度为0，波面升降速度为0； 波面处于水平位置时，流速绝对值最大，波面升降最快。 ;第三节、有限振幅波动 一、斯托克斯波（Stokes wave）的波剖面 近似于摆线： 波峰较陡较窄，波谷较平缓较宽 ;二、波速与波高 ;三、水质点运动轨迹 接近为圆，一个周期内不封闭。 ;波流（w