第六講 浪

1、第五講 講授提綱,§4 .2 波浪 一、波浪的分類與波浪要素 二、風(fēng)浪和涌浪 三、海浪與海況預(yù)報(bào) 四、海嘯,一、波浪的分類與波浪要素,1、波浪的概念波浪是發(fā)生在海洋中的一種波動(dòng)，是海水運(yùn)動(dòng)的主要形式之一。波浪具有明顯的周期性，其周期介于1～20秒之間。,2、海洋中波動(dòng)的分類,根據(jù)形成的原因可分為：風(fēng)浪：是風(fēng)直接作用下產(chǎn)生的

2、水面波動(dòng)。風(fēng)浪波形不規(guī)則，背風(fēng)面較迎風(fēng)面陡，在強(qiáng)風(fēng)的作用下翻滾、破碎，伴有浪花和泡沫，波高和波長(zhǎng)大小不一，周期較小。波的傳播方向幾乎與風(fēng)向一致。涌浪：是風(fēng)浪離開(kāi)作用海區(qū)傳至遠(yuǎn)處或風(fēng)區(qū)里風(fēng)停息后留下來(lái)的的波浪。波形較規(guī)則，波面比較平滑，平均周期大于原來(lái)風(fēng)浪的周期，波向較明顯。潮汐波：海水在月球和太陽(yáng)引潮力的作用下形成的波浪,2、海洋中波動(dòng)的分類,海嘯：根據(jù)生成原因，又分為氣象海嘯和地震海嘯。前者是由于臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴等氣象原因形成的浪，后者

3、是由于海底或近岸發(fā)生地震或火山爆發(fā)所形成的波動(dòng)。氣壓波：相鄰海區(qū)氣壓不同或某一海區(qū)氣壓急劇變化而產(chǎn)生的波動(dòng)。內(nèi)波：是海洋中密度相差較大的水層出形成的波動(dòng)。,2、海洋中波動(dòng)的分類,根據(jù)波形的傳播性質(zhì)可分為：前進(jìn)波：波形不斷向前傳播的波浪。駐波：波形不向前傳播，只是波峰和波谷在固定點(diǎn)不斷升降交替的波浪。,3、波浪要素,右圖是規(guī)則波浪的波面

4、 形狀，其要素如下：波峰——波浪高出平衡水面的部分。波峰的最高點(diǎn)叫波頂。波谷——波浪低于平衡水面的部分。波谷的最低點(diǎn)叫波底。波高（H）——相鄰的波頂?shù)讲ǖ组g的垂直距離。振幅（a）——波高的一半。波長(zhǎng)（λ）——兩相鄰波頂（或波底）間的水平距離。周期（T）——一個(gè)波（鄰近的二個(gè)波頂或波底）通過(guò)一固定點(diǎn)所需的時(shí)間。波陡——波高與波長(zhǎng)之比。波速（c）——波浪傳播的速度，等于波長(zhǎng)除以周期。波峰線——垂直波

5、浪傳播方向上各波頂?shù)倪B線。波向線——與波峰線相垂直的線，表示波動(dòng)傳播的方向。,4、波浪表示法平均波高：所有波高的平均值，以H表示，反映海面波高的平均狀態(tài)。1/3大波平均波高：從連續(xù)觀測(cè)的N個(gè)波中，按波高順序選出最大的N/3波的平均波高，以H1/3表示，又稱有效波高（significant wave height）。它是國(guó)際和國(guó)內(nèi)船舶通報(bào)以及海浪實(shí)況和預(yù)報(bào)圖中最常用的波高。1/10大波平均波高：從連續(xù)觀測(cè)的N個(gè)波中，按波高順序選出

6、最大的N/10波的平均波高，以H1/10表示。同樣，還可根據(jù)具體需要觀測(cè)計(jì)算1/100大波平均波高（以H1/100表示）和 1/1000大波平均波高（以H1/1000表示）等。,波浪等級(jí)表,三、海浪預(yù)報(bào),1、海浪預(yù)報(bào) 海浪與海洋漁業(yè)工程和生產(chǎn)的關(guān)系密切。海上工作每天都需要了解海浪情況。海浪預(yù)報(bào)在國(guó)內(nèi)外均已開(kāi)展。在國(guó)外，有效波數(shù)理統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法比較簡(jiǎn)便。同時(shí)，應(yīng)用波譜理論進(jìn)行海浪數(shù)值預(yù)報(bào)已達(dá)到實(shí)用階段。各種數(shù)值預(yù)報(bào)

7、模式多半是依據(jù)海浪傳播和海浪生成與消衰的能量平衡方程。日本模式包含風(fēng)模式和波浪模式。參量化預(yù)報(bào)模式是海浪數(shù)值預(yù)報(bào)研究中的新趨勢(shì)。大面積海浪數(shù)值預(yù)報(bào)作業(yè)在大型電子計(jì)算機(jī)上進(jìn)行。,,我國(guó)的海浪預(yù)報(bào)開(kāi)展較早。大面積海浪預(yù)報(bào)已達(dá)到應(yīng)用階段，每天發(fā)布海浪實(shí)況圖、海報(bào)預(yù)報(bào)圖，必要時(shí)發(fā)布大浪警報(bào)。同時(shí)使用海浪譜等方法對(duì)航海及作業(yè)海區(qū)加細(xì)預(yù)報(bào)。大面積海浪數(shù)值預(yù)報(bào)方法也取得了新的進(jìn)展。在沒(méi)有海浪圖的情況下 可按表5-4大致估計(jì)風(fēng)浪大小和海面狀況。海面狀

8、況簡(jiǎn)稱海況，是指在風(fēng)力作用下的海面征狀。表中同時(shí)列出參考波高，根據(jù)海況可大致估計(jì)波高值。,2、涌浪傳播與風(fēng)暴涌浪在其傳播過(guò)程中，因各種能量消耗而使波高減小。涌浪的這種消衰是有選擇性的，波長(zhǎng)大的衰減慢，波長(zhǎng)短的衰減快。首先消衰的是那些疊置在涌浪上的微波，從而使其波面比較光滑。因波速與波長(zhǎng)的平方根成正比，傳播過(guò)程中，波長(zhǎng)長(zhǎng)的愈來(lái)愈領(lǐng)先，波長(zhǎng)短的愈來(lái)愈落后，而且衰減較快。所以涌浪在衰減過(guò)程中周期和波長(zhǎng)都在增加。傳播距離愈遠(yuǎn)，周期和波長(zhǎng)大的波

9、將愈來(lái)愈占顯著地位。在晴朗天氣，海面上如果發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)周期的涌浪，而且其周期逐漸減小，波高增大，預(yù)示由熱帶風(fēng)暴正在接近。這種在涌浪能量鋒到達(dá)之前出現(xiàn)的長(zhǎng)而低的涌稱為先行涌（forerunner）。它們的周期和波長(zhǎng)極大，波高很低，推進(jìn)速度相當(dāng)快。據(jù)此可跟蹤和預(yù)報(bào)風(fēng)暴。,四、淺水區(qū)海浪的變化,當(dāng)海浪進(jìn)入水深小于波長(zhǎng)一半的淺水地帶，波浪要素將發(fā)生變化，并逐漸顯示出長(zhǎng)波的某些特征。這時(shí)，波速與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，只與水深有關(guān)。由于地形的影響，將發(fā)生一系列的變

10、化。深度變淺，不僅波長(zhǎng)變短，波速也要變慢，使波向發(fā)生轉(zhuǎn)折，出現(xiàn)折射現(xiàn)象。由于能量的集中，波高將增大。最后發(fā)生破碎。通過(guò)繞射，波浪可深入到隱蔽的水域。在直壁和陡壁面前，波浪又能產(chǎn)生反射。近岸波浪的復(fù)雜變化，往往是這些過(guò)程同時(shí)作用的結(jié)果，有時(shí)也可能是某項(xiàng)起主導(dǎo)作用。,1、海浪折射當(dāng)海浪向淺水處傳播時(shí) 若其波鋒與等深線不平行，波向?qū)a(chǎn)生變化。海浪傳播時(shí)因水深變化而改變傳播方向的現(xiàn)象，稱為海浪折射。在等深線與岸線平行的情況下，在近岸處有一股

11、波浪折射所產(chǎn)生的沿岸流。沿岸流除與近岸海濱泥沙運(yùn)移有關(guān)外，還關(guān)系到船只的靠岸等。淺水區(qū)有水下高地或凹地時(shí)，波向線間距將改變。在水下高地處波向線間距不斷變小，出現(xiàn)波向線輻聚，從而使波高增加。反之，水下凹地處波向線間距不斷增大，波向線輻散，因而波高將減少（圖5-8）。因此漁船常停泊在近岸凹地處避風(fēng)浪。此外 在水下高地處往往有一股由海浪產(chǎn)生的離岸流，其流速有時(shí)可達(dá)lm/s，范圍可波及200m以外。,在等深線與岸線平行的情況下，在近岸處有一股

12、波浪折射所產(chǎn)生的沿岸流。沿岸流除與近岸海濱泥沙運(yùn)移有關(guān)外，還關(guān)系到船只的靠岸等。淺水區(qū)有水下高地或凹地時(shí)，波向線間距將改變。在水下高地處波向線間距不斷變小，出現(xiàn)波向線輻聚，從而使波高增加。反之，水下凹地處波向線間距不斷增大，波向線輻散，因而波高將減少（圖5-8）。因此漁船常停泊在近岸凹地處避風(fēng)浪。此外 在水下高地處往往有一股由海浪產(chǎn)生的離岸流，其流速有時(shí)可達(dá)lm/s，范圍可波及200m以外。,2、波浪破碎,按破碎方式，碎波分為卷碎波、

13、崩碎波和激碎波（圖 5-9）。卷碎波是波峰整個(gè)水體向前卷倒，空氣滲入，生成氣泡的碎波，長(zhǎng)涌浪接近不規(guī)則巖底或陡形海灘時(shí)容易形成。因有空氣封入，破碎時(shí)?？陕勥h(yuǎn)雷般的海鳴。崩碎波是浪花和泡沫向前傳播逐漸發(fā)展的波。激碎波是摻和泡沫的水體往復(fù)振蕩的碎波，容易在底坡大的海岸發(fā)生。,波浪在海岸附近發(fā)生破碎的區(qū)帶稱為碎波帶（surf zone）。依海底狀況，碎波帶有時(shí)可分幾段產(chǎn)生碎波。即使同一區(qū)段，因高潮和低潮時(shí)水深分布不同，碎波位置和狀況也不

14、相同，有時(shí)低潮卷碎波多而高潮崩碎波多。碎波對(duì)海洋漁業(yè)工程和增養(yǎng)殖設(shè)施產(chǎn)生很大的沖擊力，往往造成損失，故碎波帶內(nèi)不宜設(shè)置。另一方面，波浪破碎后，能量損耗，使沖擊破壞力減弱。波浪破碎變成拍岸浪后，其能量轉(zhuǎn)換成其他形式，產(chǎn)生回卷波、沿岸流、裂流等。這些碎波和流對(duì)海岸構(gòu)造物和海濱地形的影響也很大。,五、海嘯,海嘯：當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生于海底，因震波的動(dòng)力而引起海水劇烈的起伏，形成強(qiáng)大的波浪，向前推進(jìn)，將沿海地帶一一淹沒(méi)的災(zāi)害，稱之為海嘯。海底地震、火山

15、爆發(fā)、塌陷和滑坡等大地活動(dòng)都可能引起海嘯 。海嘯在許多西方語(yǔ)言中稱為“tsunami”，詞源自日語(yǔ)“津波”，即“港邊的波浪”（“津”即“港”）。這也顯示出了日本是一個(gè)經(jīng)常遭受海嘯襲擊的國(guó)家。目前，人類對(duì)地震、火山、海嘯等突如其來(lái)的災(zāi)變，只能通過(guò)觀察、預(yù)測(cè)來(lái)預(yù)防或減少它們所造成的損失，但還不能阻止它們的發(fā)生。,智利地震引發(fā)的海嘯,,海嘯的起因,海嘯是一種災(zāi)難性的海浪，通常由震源在海底下50千米以內(nèi)、里氏震級(jí)6.5以上的海底地震引起。水下

16、或沿岸山崩或火山爆發(fā)也可能引起海嘯。在一次震動(dòng)之后，震蕩波在海面上以不斷擴(kuò)大的圓圈，傳播到很遠(yuǎn)的距離。 水下地震、火山爆發(fā)或水下塌陷和滑坡等激起的巨浪，在涌向海灣內(nèi)和海港時(shí)所形成的破壞性的大浪稱為海嘯。破壞性的地震海嘯，只在出現(xiàn)垂直斷層、里氏震級(jí)大于6.5級(jí)的條件下才能發(fā)生。當(dāng)海底地震導(dǎo)致海底變形時(shí)，變形地區(qū)附近的水體產(chǎn)生巨大波動(dòng)，海嘯就產(chǎn)生了。 海嘯的傳播速度與它移行的水深成正比。在太平

17、洋，海嘯的傳播速度一般為每小時(shí)兩三百公里到1000多公里。海嘯不會(huì)在深海大洋上造成災(zāi)害，正在航行的船只甚至很難察覺(jué)這種波動(dòng)。海嘯發(fā)生時(shí)，越在外海越安全。一旦海嘯進(jìn)入大陸架，由于深度急劇變淺，波高驟增，可達(dá)20至30米，這種巨浪可帶來(lái)毀滅性災(zāi)害。,海嘯的分類,海嘯可分為4種類型。即由氣象變化引起的風(fēng)暴潮、火山爆發(fā)引起的火山海嘯、海底滑坡引起的滑坡海嘯和海底地震引起的地震海嘯。其機(jī)制有兩種形式：“下降型”海嘯和“隆起型”海嘯。 　　“下

18、降型”海嘯：某些構(gòu)造地震引起海底地殼大范圍的急劇下降，海水首先向突然錯(cuò)動(dòng)下陷的空間涌去，并在其上方出現(xiàn)海水大規(guī)模積聚，當(dāng)涌進(jìn)的海水在海底遇到阻力后，即翻回海面產(chǎn)生壓縮波，形成長(zhǎng)波大浪，并向四周傳播與擴(kuò)散，這種下降型的海底地殼運(yùn)動(dòng)形成的海嘯在海岸首先表現(xiàn)為異常的退潮現(xiàn)象。1960年智利地震海嘯就屬于此種類型。 　　“隆起型”海嘯：某些構(gòu)造地震引起海底地殼大范圍的急劇上升，海水也隨著隆起區(qū)一起抬升，并在隆起區(qū)域上方出現(xiàn)大規(guī)模的海水積聚，在

19、重力作用下，海水必須保持一個(gè)等勢(shì)面以達(dá)到相對(duì)平衡，于是海水從波源區(qū)向四周擴(kuò)散，形成洶涌巨浪。這種隆起型的海底地殼運(yùn)動(dòng)形成的海嘯波在海岸首先表現(xiàn)為異常的漲潮現(xiàn)象。1983年5月26日，中日本海7．7級(jí)地震引起的海嘯屬于此種類型,百年以來(lái)死亡人數(shù)過(guò)千的七次大海嘯,1、1908年12月28日意大利墨西拿地震引發(fā)海嘯。震級(jí)7.5級(jí)。在近海掀浪高達(dá)12米的巨大海嘯，地震發(fā)生在當(dāng)天凌晨5點(diǎn)，海嘯中死難82000人，這是歐洲有史以來(lái)死亡人數(shù)最多的一次

20、災(zāi)難性地震，也是20世紀(jì)迄今為止死亡人數(shù)最多的一次地震海嘯。 　　2、1933年3月2日日本三陸近海地震引發(fā)海嘯，震級(jí)8.9級(jí)，是歷史上震級(jí)最強(qiáng)的一次地震，引發(fā)海嘯浪高29米，死亡人數(shù)3000人。 　　3、1959年10月30日墨西哥海嘯引發(fā)山體滑坡，死亡人數(shù)5000人。 　　4、1960年5月21號(hào)到27號(hào)，智利沿海地區(qū)發(fā)生二十世紀(jì)震級(jí)最大的震群型地震，其中最大震級(jí)8.4級(jí)，引起的海嘯最大波高為25米。海嘯使智利一座城市中的一半

21、建筑物成為瓦礫，沿岸100多座防波堤壩被沖毀，2000余艘船只被毀，損失5.5億美元，造成10000人喪生。此外，海浪還以每小時(shí)600公里～700公里的速度掃過(guò)太平洋，使日本沿海1千多所住宅被沖走，2萬(wàn)多畝良田被淹沒(méi)，15萬(wàn)人無(wú)家可歸。,,5、1976年8月16日，菲律賓莫羅灣海嘯8000人死亡。 6、1998年7月17號(hào)，非洲巴布亞新幾內(nèi)亞海底地震引發(fā)的49米巨浪海嘯，2200人死亡，數(shù)千人無(wú)家可歸。 7、2004年12月26日印