第六章 海浪 -

涌浪形成近岸浪的情形
6.3.1风浪(windwave)、涌浪(swell)、近岸 浪

近岸浪
6.3.2决定因素(determinants)
“风大浪高”“无风不起浪” 1、风速(windspeed)：风力大小； 2、风时(windduration)：状态相同的风持续作用在 海面上的时间； 3、风区(fetch)：状态相同的风作用的海域的范围。

内波：海洋中密度相差较大的水层处形成的波动。
毛细波
波浪成因： 风 火山、地震 大气压力的变化 日、月引潮力
成因 风 风暴 地震、风暴 日、月引潮力
波浪类型 碎浪 涌 荡漾、海啸 潮汐
周期 1~30 s 30s ~ 5 min min ~hr 12 ～24 h
三、波浪的分类 3

根据与海底相互作用程度大小(按照水深相对波长大 小)分为：
6.3.3.1 涌浪在传播过程中的特点
能量是与H2成正比的 ① 波高H逐渐降低 弥散 涌浪传递传递过程能 量是衰减的 角散
Deep-water wave transformations
前进波 Progressive wave：波形不断向前传播。 驻波 Standing wave：波形不向前传播,只是波峰和 波谷在固定位置不断地升降交替着的波形。

按受力情况分为：

自由波 Free wave：波形形成后不再受力,自由移动。 强迫波 Forced wave：波形形成后仍有力持续作用。
6.2.2波形传播与水质点的运动
Note that the water molecules in the crest（波峰） of the wave move in the same direction as the wave, but molecules in the trough（波谷） move in the opposite direction.


深水波，当 h ≥ 0.5 λ
水质点的运动轨迹为圆，轨迹半径、 运动速度随深度增大迅速减小。

浅水波：d<L/20
浅水波中水质点的运动轨迹为椭圆 随深度的增加椭圆长轴几乎不变， 短轴迅速减小，近海底处几乎只在水 平方向上作周期性往复运动。

半深水波：L/2>d>L/20
水质点运动轨迹介于深水波和浅水波 之间。 无论长波还是短波，尽管它们的水 质点运动轨迹不同，但是随深度(-z)的 增大，它们的波长 λ 是不变的。
第六章 海洋中的 波 动现象－海浪

6.1波浪概况 6.2波浪运动的基本性质 6.3 几种典型波浪 6.4波浪的生活史 6.5中国沿海和近海波浪
6.1 波浪的概况

海浪的定义 波浪的要素 波浪的分类
一、海浪定义

海洋波动是海水重要的运动形式之一。从海面到海洋内 部，处处都存在着波动。“海上无风三尺浪”， “风大浪 高”。
6.3.1风浪(windwave)、涌浪(swell)、近岸 浪
海浪包括风浪、涌浪和近岸浪三种。

风浪：在风的直接作用下产生的水面波动，即， 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：风浪中同时出现许多高低长短不等 的波，波面较陡，在海面上分布很不规律，当 风大时，常常出现破碎现象，形成浪花。即， 波峰附近有浪花或大片泡沫。波面粗糙，波峰 线也短。
水质点的运动轨迹（规律）：
一系列垂直方向上的圆周型轨迹。 波浪越大，轨迹粒径越大； 1st轨迹的直径 ＝ 波高； 轨迹的直径随深度的增加而减小
波峰前波谷后为水质点 的辐聚区，波面未来上 升， 波峰后波谷前则为辐散 区，未来波面下降； 从而使波形不断向前传 播，而水质点却只围绕自 己的平衡位置作圆周运动 。
Idealized wave spectrum
Байду номын сангаас
毛细波
碎波
涌浪
荡漾
海啸
潮汐
三、波浪的分类 2

按成因分：

风浪：在风直接作用下水面出现的波动。 潮汐波：在月球、太阳引潮力作用下产生的波浪。 海啸：因气象、地震等原因形成的巨大波动。 气压波：相邻海区气压不同，或某一海区气压发生急 剧变化而产生的波动。
四、波浪的分类 4

根据发生的位置分为： 表面波(surfacewave) 内波(internalwave) 边缘波(marginalwave) 根据发生的动力机制分为： 开尔文波(Kelvinwave) 罗斯贝波(Rossbywave)


6.1 波浪概况 6.2 波浪运动的基本性质 6.3 几种典型波浪 6.4波浪的生活史 6.5中国沿海和近海波浪

6.1波浪概况 6.2波浪运动的基本性质 6.3几种典型波浪 6.4波浪的生活史 6.5中国沿海和近海波浪
6.3.1风浪(windwave)、涌浪(swell)、近岸 浪
波浪种类 毛细波 Capillary wave 碎浪 Chop 涌浪 Swell 荡漾 Seiche 海啸 Tsunami 潮汐 Tide 内波 Internal wave 周期 <0.1 s 1-10 s 10-30 s 10 m – 10 h 10-60 m 12.4-24.8 h min-h 波长 <2 cm 1-10 m up to 102-s m up to 102-s km up to 102-s km 103-s km up to 102-s m
三、波浪的分类 1

根据波动的周期分为： 波浪种类 毛细波 Capillary wave 碎浪 Chop 涌浪 Swell 荡漾 Seiche 海啸 Tsunami 潮汐 Tide 内波 Internal wave 周期 <0.1 s 1-10 s 10-30 s 10 m – 10 h 10-60 m 12.4-24.8 h min-h 波长 <2 cm 1-10 m up to 102/s m up to 102/s m up to 102/s m 103/s m up to 102/s m
6.2.1波浪运动的形式
Progressive wave

进行波：波形会向外传播 (e.g., 风浪). 驻波：波形不向外传播，但是 会在某一节点上上下运动.


进行波 Progressive wave
波节 ：不产生运动的 点，无垂直位移. 波腹 ：具有最大垂直 位移的点

驻波 Standing wave


近岸浪：由外海的风浪或涌浪传到海岸附近，受 地形作用而改变波动性质的海浪。
6.3.1风浪(windwave)、涌浪(swell)、近岸浪
涌浪一般具有巨大的能量，当它传到浅水区域时便形成近 岸浪。近岸浪受海底地形影响，发生变形效应。波浪底部 因受海底摩擦停滯不前，而波浪頂部卻以原來的速度前 進，這樣就使波長越來越短，波高越來越大，最後发生波 峰倒卷和波浪破碎的現象。粉碎的波浪一次又一次地湧上 海岸，如果海岸是断崖的話，便會造成惊涛拍岸，捲起千 堆雪的景象。
6.3.2决定因素(determinants)

风速 ：随风速的增加，波长、周期、波高均增加。 世界上最大的风浪常发生在南半球的西风带海 风时 ：风持续作用于海面上的时间。风时越长，将有 区，那里三大洋连成一片，海区辽阔，具备了 越多的风能传递给海水。 形成大风浪的条件。 风区: 风作用海域的范围，将能量传递给海水。风区越 大，单位时间内将有越多的能量传递给海水。
海浪是海水的波动现象。 通常所指的海浪，是指海洋中由风产生的波浪。包括 风浪、涌浪和近岸波。 广义上的海浪，还包括天体引力、海底地震、火山爆 发、塌陷滑坡、大气压力变化和海水密度分布不均等 外力和内力作用下，形成的海啸、风暴潮和海洋内波 等。它们都会引起海水的巨大波动。
一、海浪定义

海浪是海面起伏形状的传播，是水质点离开平衡 位置，作周期性振动，并向一定方向传播而形成 的一种波动，水质点的振动能形成动能，海浪起 伏能产生势能，这两种能的累计数量是惊人的。 在全球海洋中，仅风浪和涌浪的总能量相当于到 达地球外侧太阳能量的一半。海浪的能量沿着海 浪传播的方向滚滚向前。因而，海浪实际上又是 能量的波形传播。海浪波动周期从零点几秒到数 小时以上，波高从几毫米到几十米，波长从几毫 米到数千千米。
look at surface “rotary” motion (Deep Water Wave)
6.2.2波形传播与水质点的运动

海浪：海洋中水质点作周期性震动的水内传播现象。 水深>波长时，局部海域收到外力的扰动，会使水 质点脱离静止时 的位置，但在重力或表面张力作 用下，水质点又力图恢复到平衡位置，从而引起水 质点振动。这种振动是以各水质点的平衡位置为中 心，作近似匀速圆周运动。
波长（Wavelength, 周期（Wave
period, T）：相邻两波峰通过某固定点所经历的时间。 c = L/T。
波形传播的速度
二、波浪要素 2

振幅：波高的一半， 为水质点离开平衡位置的向上的最 大垂直位移。a = H/2。

波陡：波高与波长之比。δ= H/L 波向线：与波峰垂直,指向波浪传播方向的线。 波峰线：与波向线正交，并通过波峰的线。 波峰线 波向线
6.2.2波形传播与水质点的运动
6.2.2波形传播与水质点的运动
每个水质点都在 做同样的圆周运 动，那么每个水 质点的运动情况 有何不同？
沿波向，相邻水质点的运动半径和角速度都相同，只是后一个水质点 比前一个启动要慢一段时间。这样，在同一时刻，水质点位于不同的 位相上，这些水质点的连线就构成一定的波形，经过某一时刻后，每 个水质点都在自己的轨道上移动相等的一段弧。把这些不同位相的水 质点再连接起来，仍保持一定波形。

深水波 Deep water wave：水深相对波长很大， 又叫短波。h/L > 1/2

半深水波 Intermediate water wave： 浅水波 Shallow water wave： 水深相对波长很 小，又叫长波。h/L < 1/20

三、波浪的分类 4

根据波形传播性质分为：



起始海区状态 ： 新、旧波浪间会产生相互作用。通过 波浪间的相互作用，波动产生叠加或消减。
6.3.3 涌浪的传播
当海面的风力迅速减小、平息或风向改变 后，海面上遗留下来的波动将不会从原来的风 场中继续摄取能量，但波动不会立即消失。它 们在原来海区继续传播，甚至传至其它海区， 经过漫长路程和时间而慢慢消衰。

海洋的恬静瞬间
汹涌的海浪拍打着岸礁
海面大浪
基本特征：运动随时间与空间的周期性变化 研究方法：近似看成一正弦或余弦曲线
二、波浪要素 1
波峰（Wave 波谷（Wave 波高（Wave
crest）：波面最高点。 trough）：波面最低点。 height, H）：波峰、波谷间的垂直距离。 L）：相邻两波峰间的水平距离。
6.3.1风浪(windwave)、涌浪(swell)、近岸 浪

涌浪：海面上由其他海区传来的或当地风力减小、 平息或风向改变后海面上遗留下的波动。 涌浪是远处的风，或已经过去的风所引起的波 浪。“无风三尺浪”指的就是涌浪。
特征：波面比较平坦，光滑，周期和波长都比较大，在海 上的传播比较规则，波峰线长。
6.2.2波形传播与水质点的运动

水质点运动轨迹是一个圆，每个水质点运动相对于前一个水 质点位相稍迟一些，但移动相同距离。 水质点处于自身轨道不同位置，则形成波形； 具有一定相位差的水质点，相继作周期性的圆周运动才导致 波形传播。

6.2.2波形传播与水质点的运动

由此可以看出：波浪，只是波形在传播，而水质点只是以 平衡位置为中心，作匀速的圆周运动。水质点转动一周的 时间是波浪的周期，即两相邻的波峰（或波谷）经过同一 点所需要的时间。
水质点在波峰处具正的最大水平速度，在波谷处具负的最 大水平速度，垂直速度分量为零。 处在平均水面上的水质点，水平速度分量为零。垂直速度 最大。波峰前部为正，波峰后部为负。
6.2.3不同水深 的水质点的运动
根据水深相对波长 的大小，分为：

深水波：水深 d>L/2 浅水波：d<L/20 水质点的运动轨迹为椭圆，随深度的增加椭圆长轴几 乎不变，而短轴迅速减小 半深水波：L/2>d>L/20