Ветровая волна
-
Определение и характеристики ветровых волн
- Ветровые волны возникают на поверхности водоемов под действием ветра.
- Волны могут достигать суши, преодолевая тысячи километров.
- Ветровые волны варьируются по размеру от ряби до волн высотой более 30 м.
-
Система ветровых волн
- Ветровое море — это система волн, генерируемая местным ветром.
- Волны распространяются по большому кругу, изгибаясь влево в южном полушарии и вправо в северном.
- После выхода из зоны вылета волны называются зыбями и могут распространяться на тысячи километров.
-
Образование и распространение волн
- На формирование волн влияют скорость ветра, расстояние открытой воды, ширина области, продолжительность ветра и глубина воды.
- Основные измерения волн: высота, длина, период и направление.
- Полностью развитое море имеет максимальный размер волны для ветра определенной силы и продолжительности.
-
Механизмы волнообразования
- Волны начинаются с турбулентного давления ветра на поверхности воды.
- Механизм Майлза основан на кривизне профиля скорости ветра.
- Взаимодействие волн генерирует более длинные волны.
-
Типы ветровых волн
- Капиллярные волны (рябь) образуются при слабом ветре и быстро исчезают.
- Морские волны образуются при устойчивом ветре и держатся дольше.
- Зыби — это группы волн, образующиеся при распространении волн вдали от места их возникновения.
-
Характеристики и спектр волн
- Океанские волны классифицируются по возмущающей силе, степени влияния, восстанавливающей силе и длине волны.
- Период действия ветровых волн составляет около 20 секунд.
- Скорость волн зависит от силы тяжести, длины волны и глубины воды.
-
Типы волн
- Глубоководные волны: длина волны больше половины глубины
- Мелководные волны: длина волны меньше 1/20 глубины
- Переходные волны: длина волны между 1/20 и половиной глубины
-
Зависимость длины волны и скорости
- Скорость волны пропорциональна квадратному корню из длины волны
- Скорость глубоководных волн: C = 1.25√L
- Скорость мелководных волн: C = g√d
-
Спектральные модели
- Спектр волн: S(ω, Θ) = S(ω) + f(Θ)
- WHS: S(ω) = {длина^2 ⋅ время}
- WDS: f(Θ) = {длина^2 ⋅ время}
-
Обмеление и преломление
- Обмеление: волны меняют форму на мелководье
- Преломление: волны замедляются на мелководье
- Лучи сходятся на отмелях, увеличивая высоту волны
-
Разрыв волн
- Ломающаяся волна: основание не поддерживает вершину
- Разрушение на мелководье: H > 0.8h
- Разрушение на большой глубине: H > 0.17λ
-
Типы разбивающихся волн
- Разливающиеся: безопасные, постепенное замедление
- Погружение: внезапное обрушение, опасность для пловцов
- Вздымающиеся: не разбиваются, могут утащить на глубину
-
Физика волн
- Ветровые волны: поверхностные гравитационные волны
- Образование волн: давление и трение нарушают равновесие
- Траектории частиц: эллипсы на мелководье, дрейф Стокса
- Фазовая скорость: c ≈ 1.25√λ
-
Скорость волн и длина волны
- Самые быстрые волны во время шторма имеют самую длинную длину волны.
- После шторма первые волны на побережье — длинноволновые валы.
-
Уравнения для волн
- Для средней и мелкой воды применимы уравнения Буссинеска.
- На очень мелководье используются уравнения мелкой воды.
-
Фазовая скорость волн
- Для длинных волн фазовая скорость определяется как предел c при длине волны, стремящейся к бесконечности.
- Для коротких волн фазовая скорость зависит от поверхностного натяжения.
-
Групповая скорость волн
- На большой глубине группы волн движутся с групповой скоростью, равной половине фазовой скорости.
- Одиночная волна в группе появляется позади группы, растет и исчезает впереди.
-
Влияние глубины воды
- По мере увеличения глубины воды высота волны уменьшается из-за обмеления и преломления.
- Неустойчивость волн вызывает прибой.
-
Модели и прогнозы
- Серфингисты интересуются прогнозами волн.
- Модели ветровых волн основаны на погодных моделях.
- Модели важны для изучения воздействия на берега и пляжи.
-
Сейсмические сигналы
- Волны генерируют сейсмические волны, видимые на сейсмографах.
- Вторичный микросейсм возникает из-за давления интерферирующих волн.
- Первичный микросейсм вызван динамическим давлением волн на мелком дне.
-
История и применение
- Микросейсмы были замечены в 1900 году.
- Сейсмические записи позволяют измерять интенсивность волн, включая связанные с глобальным потеплением.