基础海洋学6-波浪.ppt

基 础 海 洋 学 Fundamental Oceanography 第六章 波浪 第一节 波浪的基本概念 一、波浪的概念 波浪是海水的重要运动形式之一。 波浪是海水在外力的作用下，水质点离开其平衡位置做周期性或准周期性运动。并带动临近质点，导致其运动状态在空间的传播。 波浪的主要特征：海水运动随时间与空间的周期性变化。 第一节 波浪的基本概念 二、波浪要素 相关名词：波峰(crests)、波谷(tr oughs)、波长（λ）、周期（T）、波速（c＝ λ/ T）、波高（H）、振幅（a=H / 2）、波陡（δ=H /λ）、波峰线、波向线。 成因：风应力、火山、地震、气压变化、引潮力、重力（海水密度）、柯氏力 等。 波浪分类可从不同角度给出不同的称谓： 1）按相对水深（水深与波长之比）可将波浪分为：深水波（短波）和浅水波（长波）； 2）按波形的传播与否分为：前进波和驻波； 3）按波动发生的位置分为：表面波、内波和边缘波； 4）按成因分为：风浪、涌浪和地震波等等。 波：振幅小，术语； 浪：振幅大，口语 第一节 波浪的基本概念 第二节 重力波（Gravitational wave） 一、小振幅重力波 小振幅重力波，亦称正弦波，是一种简单的波动，系指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。波形向前传播，水质点只在原位做圆周运动。 二、有限振幅波动 相对于小振幅波而言，有限振幅波具有较大振幅。它与实际海浪的形状更接近。水质点在一个周期内，水平方向向前一个净位移。水质点的运动轨迹为椭圆。 第二节 重力波（Gravitational wave） 小振幅重力波水质点运动轨迹方程： 水质点的水平速度与铅直速度的分布 波动公式： 波速-波长关系： 波长-周期关系： 波速-周期关系： 波动能量： 第二节 重力波（Gravitational wave） 深水波： 长波： 第二节 重力波（Gravitational wave） 驻波：两列振幅、周期、波长相等，但传播方向相反的正弦波。波面无升降，波形不向外传播。合成后的波剖面方程为ζ=ζ1+ζ2。无能量传播。 一维驻波 二维驻波 一维驻波波速 第三节 海洋内波（Internal wave） 概念： 除了海面的波动而外，在海洋内部也会发生波动现象，称为海洋内波。它是发生在海水密度层结稳定的海洋中的一种波动，它的最大振幅出现在海面以下。 海水密度不同所造成。 海洋内波的影响：海洋内波是海水运动的重要形式。 1）将大、中尺度运动过程（海流）的能量传递给小尺度过程。 2）引起海水内部混合、形成温盐细微结构的重要原因。 3）将深层较冷的海水连同其中的营养盐输送到海洋上层，有利于海洋生物的生长。 4）由其引起的等密面的波动会影响海洋中声速的大小和传播方向，从而影响声纳的效能，对潜艇的隐蔽与检测起着有利或有害的作用。 5）海水等密面的起伏，会使水下潜艇的航行和停留产生上下颠簸。 第三节 海洋内波（Internal wave） 辐散区 辐聚区 海洋内波： 1、界面内波 内波的一种最简单的形式是发生在两层密度不同的海水界面的波动。实际海洋中的密度是连续变化的，但可近似地把海洋中强跃层处的波动视为界面内波。 2、密度连续变化海洋中的内波 实际海洋中的密度变化是连续的，因此内波不仅能在强跃层那种准界面上产生，而且在海洋内部处处都可能产生。 第三节 海洋内波（Internal wave） 开尔文波和罗斯贝波（长周期波） 1、开尔文波 这是一种长周期重力波，即它同时受重力和科氏力的作用，即具有重力波的基本特性，又在科氏力的作用下产生其他的一些特点。 2、罗斯贝波 亦称行星波，它是一种远远小于惯性频率的低频波，恢复力不是重力也不是科氏力，而是科氏力随纬度的变化率。 第四节 开尔文波和罗斯贝波 第五节 风浪和涌浪 风浪是指当地风产生，且一直处在风的作用之下的海面波动状态。特征：波峰尖削，在海面上分布很不规律，波峰线短，周期小，当风大时常常出现破碎现象，形成浪花。 涌浪指海面上由其他海区传来的或者当地风力迅速减小、平息，或者风向改变后海面上遗留下来的波动。特征：波面比较平坦，光滑，波峰线长，周期、波长都比较大，在海面上的传播比较规则。 第五节 风浪和涌浪 一、风浪的成长与消衰 风浪的成长与消衰主要的取决于对能量的摄取与消耗之间的平衡。 1、风浪成长与风时、风区的关系 风时：指状态相同的风持续作用在海面上的时间； 风区：指状态相同的风作用海域的范围。习惯上把风区的上沿，沿风吹方向到某一点的距离称为风区长度，简称为风区。 第五节 风浪和涌浪 风