第三章海浪.docVIP

海 浪 §3— 1 海浪的类型 一.海浪要素 海浪是发生在海洋中的一种波动现象,又称波浪 海浪要素： 周期： T= λ/c 频率 f=1/T 波陡δ：δ=波高/波长 深水中δ≯1/7， 波峰线：通过波峰且垂直于波浪传播方向 波向线：垂直于波峰线 二.海浪运动机理 水质点以近似于圆形的轨道作圆周运动 运动半径：随着水深的增加而减小 h=λ/2时;　　r↓→4% r0（r0=a） 三.海浪的分类 1.按海水深度分 深度深: 表面波（深水波）：h↑→r↓ 深度浅: 长波（浅水波h＜λ/20） 运动波及海底。 2.按周期分 3.按生成原因分：风浪、潮波、海啸 4.按受力情况分：自由波：涌浪070918 受迫波：潮波 5.按波形前进与否分：进行波；驻波。 6.按边界条件分 微小振幅波 H/λ很小， H可忽略 所有运动方程式都是线性的。 有限振幅波：H不可忽略 a.斯托克斯波 有“质量运移” b.孤立波 H/λ＜1/10; 运动集中在波峰附近 c.摆线波 7.内波 §3— 2 海浪的形成 一.海浪形成假说 1.气压差假说 (1)形成毛细波 (2)风以法向压力形式给波浪传递能量 (3)空气小涡流加强了水质点的运动 (4)较短的波由风取得能量转给波长较长的波 2.共振假说 空气压力振荡波的某部分波的速度与自由表面某部分波的速度接近时，发生共振。 该假说有缺陷，但较新。 二、海浪的消衰 1.分子粘滞性消耗的能量 2.涡动消耗能量 3.空气的阻力 4.海底摩擦 5.波浪破碎 三.海浪的状态 海浪三要素 风速： 风时：状态相同的风作用的时间 风区：状态相同的风作用的海区 风大不一定浪大 2.定常状态 风区一定，海浪达最大； 风区增加，海浪高度增加； 风区是限制因素。 3.过渡状态 风区一定，海浪未达最大； 时间增加，海浪高度增加； 风时是限制因素。 4.海浪的充分成长状态 能量收支平衡； 海浪达最大； 风区、时间增加，海浪高度不增加。 5.判断海浪状态的标准 最小风时 成长至最大海浪所需的时间； 未达最小风时：过渡状态 b.最小风区 成长至最大海浪所需的风区。 达最小风时，未达最小风区：定常状态 最小风时、风区均满足：充分成长状态 四. 涌浪 离开风区的海浪称为涌浪 1.涌浪的特点： (1)波长小的浪衰减快 (2)传播中涌浪的周期和波长都在增加 原因：选择消衰作用，使周期小的波消衰得快. (3)波长比波高大40～100倍；先头涌可达1000倍以上 有时是台风来临的征兆 (4)传播距离远:可达10000公里以上 2. 涌浪传播速度： 3.涌浪波高消衰原因 (1) 粘滞性消耗：空气的阻力和海水的涡动粘滞性消耗 (2)离散：各个波的波速不同而引起； (3)角散：侧向散开 五. 观测到的大洋中的最大海浪 北太平洋：波高34m，周期14.8s，波速为28.3m/s 印度洋：观测到24.9m的波高；及波长超过350m的风暴波 大西洋：观测到波长824m，周期为23s的大浪，其波速达35.8m/s。 §3— 3 海浪波动方程 海浪的波形 1.基本方程 2.周期 T =； 3.波长 λ=； 4.波数k ， 2π距离内波的个数； 5.圆频率σ： 2π个单位时间内的振动数。 在深水情况下，理论证明和的关系为： tanh(x)双曲正切函数 ∵ ≈1 （hλ） ∴ 另： 6.波峰（谷）的位置： n=0，1，2…… 7.波峰移动速度 二.水质点运动与波形传播的关系 1．质点运动方程 考虑到振幅随深度呈指数规律衰减，有 由图可以看出 以平衡位置( x0，z0)代替实际位置( x，z) 积分： 令，有，及070921 消去上二式 中的t： 2.质点运动方程讨