海洋中的波动现象.ppt

第六讲 海洋中的波动现象;波的特点： 基本特点：在外力作用下，水质点离开起平衡位置做周期性或准周期性的运动 主要特征：运动随时间与空间进行周期性的变化 实际波动很复杂 实际研究中，通常近似为简单波动或简单波动的叠加;波浪要素：波峰，波谷，波长，周期，波速，波高，振幅，波陡，波峰线，波向线 波浪类型： 按相对水深：深水波、浅水波 按波形的传播与否：驻波、前进波 按波动发生的位置：表面波、内波、边缘波 按成因：风浪、涌浪、地震波 ;1 小振幅重力波;1.2 分???： 1.2.1深水波： h/λ≥0.5，又称短波 水质点只绕自己的平衡位置作圆周运动 运动速度和轨迹半径随深度增大呈指数减少，直到消失 波速与波长有关，与水深无关 1.2.2浅水波：h/λ＜ 0.05，又称长波 水质点运动轨迹为椭圆 深度增加，长轴几乎不变，短轴迅速减少，近海底几乎仅为水平方向上的往复运动 波速与波长无关，与水深有关 1.2.3 h/λ=[0.05，0.5） ，要考虑浅水订正项;1.3 正弦波的叠加 驻波：两列振幅、周期、波长相等，传播方向相反的正弦波叠加，波形不往外传播。多发生在陡峭的海岸、码头附近和港湾内，由于波动的反射造成的。 波群：两列振幅相等、周期和波长相近，传播方向相同的正弦波叠加。 ;2 有限振幅波动;3 海洋内波;“魔鬼海岸”探秘：惊人的破坏力源自那里？ ;　如今，海洋学家终于解开了挪威海岸的“死水”之迷。原来是“密度跃层”和“内波”在作怪。 　　挪威海岸的峡湾大都与河流甚至冰川连接，有大量的淡水汇入海水。这就在海面上形成了一个密度较小的淡水层。淡水层的下面则是密度较大的咸水层，两层之间便有了一个密度跃变，这就是“密度跃层”。前文提到的异状，究其根源，就出在两层海水之间的界面上。 　　由于密度相差悬殊，界面上的海水不再平静如初，会产生上下波动，这就是“内波”。 　　从字面上看，“内波”就是发生在水里的波动。“内波”的产生应具备两个条件，一是海水密度稳定分层；二是要有扰动能源，两者缺一不可。我们知道，海面与空气之间的密度不一样，加上风力的扰动作用，会导致海面上出现狂涛巨浪。在深层海水中，当海水因温度、盐度的变化出现密度分层后，受大气压力变化、地震影响以及船舶运动等外力扰动，就可能在海水内部引发内波。 　　内波与海面波浪虽然都是液体波动，但它们各不相同。空气与水的密度相差近千倍，在海面形成的波浪，其波动最大值在海面，波动会随着海水深度的增加而减小，到达一定深度后就消失了。当海水密度上下分布不均匀，尤其是在海水中出现跃层，也就是两层海水的相对密度值大于0.1％时，在外力扰动下，就会在两层海水界面上产生内波。由于海水的密度分布经常处于不均匀状态，因此海洋内波是一种比较普遍的现象。 ;世界上破坏程度最惨重的智利大地震海啸，波高只有25米，仅为最大内波波高的1/4。由此即可见内波的破坏力之大。万幸的是，水面船舰受上层海水和大气的约束，即使碰上很高的内波也往往不会有灭顶之灾。但潜水艇可就没有那么幸运了，如果完全误入其中，巨大的内波能足以把其撕碎。 　　1963年，美国海军的核潜艇“大鲨鱼”号在马萨诸塞州海岸外350千米处沉没，艇上129名船员全部遇难。事后经过对沉入海底、变成碎片的残骸分析判断，潜艇失事的原因是在水中航渡时，遇到了强烈的内波，内波峰高谷深，垂直作用也很大，内波中大振幅的内孤立波或内孤立子的巨大垂直剪切力将潜艇拖拽至海底，潜艇承受不了超极限压力而被压碎。这就是强大内波垂直力作用的后果。 ;4 开尔文波和罗斯贝波;;5 风浪和涌浪—最引人注目的波动;5.3 成长与消衰 （1）涌浪——取决于内摩擦作用、拍岸能量的损失、弥散和角散 弥散：实际海浪可视为有许多不同波长、不同周期和振幅的分波组成，这些组成部分在传播过程中，波长大的速度快，波长短的速度慢，于是，使原来叠加在一起的波动分散开来，这种现象称为弥散。 角散：由于各个分波的传播方向也不尽一致，在传播过程中向不同方向分散开来的一种现象。 ——产生了涌浪不同于风浪的特点 预报风暴：波动有涌浪（先行涌）向波浪转变 传播距离惊人：北太平洋加利福尼亚夏季缓慢而有力的拍岸浪，是由南极大陆附近的大洋风暴产生的风浪传播而来的涌浪所致;（2）风浪——取决于对能量的摄取与消耗之间的平衡关系 影响因素：风力、风区、风时、海洋水深、海底地形、岸线形状 风区：状态相同的风作用海域的范围 风时：状态相同的风持续作用在海面上的时间 定常状态：某点的风浪不会随时间的增大而增大的状态 过渡状态：某点的风浪随时间的增长而继续增大时的状态 最小风时：在定常风的作用下，对应风区内某点，风浪达到定常状态的时间。当实际风时大于最小风时时，风浪为定常状态，反之为过渡状态。 最