第八章_海浪的观测

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根据观测的平均周期,计算出100个波浪所需时间,在这段时
间内目测15个显著波的波高及周期,取其中10个较大的波高
平均值,作为1/10部分大波波高值,根据波级表得出波级。
波长和波速的计算
将观测的周期代入下式中,求出波长波速。
深水波长
T:周期
深水波速
光学式测波仪
常用的海浪观测仪器有6种:1)视距测波仪,也叫光学测 波仪;2)电阻和电容测波仪;3)压力测波仪;4)声学 测波仪;5)重力测波仪;6) 遥感测波仪。 光学测波仪主要测定的是波高、周期、波向和波长,并可 以测量海面上物体的距离,浮冰的速度和方向 常用的有HAB-1和HAB-2型测波仪
3)波向的观测: 第一种情况,是波浪向岸边传来或由岸边向外传去,观 测时使望远镜分划板的基准水平线与波峰平行,如果波浪向 岸边传来,物镜下方刻度盘的度数即为波向,如果波浪运动
方向由岸边向外传去,则目镜下方刻度盘的读数即为波向。
第二种情况,波浪的传播方向与岸线夹角较小或近似
平行的情况转动望远镜,使波浪沿分划板的水平距离标尺线 与波浪的传播方向垂直,读目镜下方刻度盘上的度数,如波 浪自观测者右方传向左方,由上述读数减去90°即为波向, 如波浪自观测者的左方传向右方。则上述读数加90°即为波 向。
安装测波仪和测波浮标
测波仪安装 1、测波仪安放在专用的圆弧或梯形观测室中。测波室是进行 波浪观测的专用建筑,面积一般为6平方米左右,坚固、隔 热、通风,其面向海的一面凸出呈圆弧或梯形并有活动窗子,
视野开阔能看到左右两侧最大海面。
2、测波仪安放在固定工作台上,并进行水平调整、方向调整、 倾角调整和罗经测定南北方向。
海浪观测的对象主要指的是风浪和涌浪
风浪:由风直接作用而引起, 波型不规则,背风面较陡,迎风 面较平缓,波峰较大,4到5级风 时,波峰翻倒破碎,出现白浪。 传播方向大都和风向一致。
涌浪:在风力甚小或无风水域 中依靠惯性维持。波型较规则 ,波面圆滑,波面平坦,无破 碎现象,周期大于原来风浪的 周期,来源的波系叠加也可以 形成。
测波方法分类
传感器 安装位置
水面上 测波仪
水面附近 测波仪
水面下 测波仪
航空测波
立体摄影
雷达测波
测波杆
光学测波
重力测波
水压式 测波
声学式 测波
浅水测波通常采用易于固定的测波仪,深水测波一般采用浮球式加速度型测波仪
单点测量
在某一点上测量水表面的高度变化。
一 阻容式测波 仪器安装在固定平台上,由于悬挂在海水中的电阻丝的阻值与海水 并联而产生变化从而实现波浪测量。
巨浪可引起海上船舶倾覆、折断和触礁,摧毁海上平 台,对海上运输和施工、渔业捕捞、海上军事活动等带来很 大的灾害。 巨浪可摧毁沿海的堤岸、海塘、码头、海水养殖设施等 各类海工建筑物。海浪对沿岸工程设施的破坏往往是毁灭性 的,二次巨浪来袭可能会破坏整个港口的设施。据测量,近 岸浪对海岸的压力,可达到每平方米30~50吨。据记载, 在一次大风暴中,巨浪曾把1370吨重的混凝土块移动了 10米,20吨的重物也被它从4米深的海底抛到了岸上。巨 浪冲击海岸能激起60-70米高的水柱。
T1/10 1.14T1/ 3
波长、周期和波速
d是水深,g是重力加速度。当水深d大于或等于半波长 (L/2)时得到,
双曲正切函数
C0 1.56T
L0 1.56T 2
海浪观测方法
海浪观测既要在岸边台站上进行,也要在海上或 船上实施。
岸边台站的海浪观测者是为了取得沿岸较有代表性的海浪 资料,观测地点应面向开阔海面,避免岛屿、暗礁和沙洲 等障碍物。
点上随海面自由运动,通过测波仪观测其跳动幅度,以达到测定波高
和周期的目的。 一、浮筒:一般为钢制圆柱体,按海区海浪大小分为轻型和重型,浮筒 由测波标杆、浮体、尾管和重锤组成。 1、标杆:顶部为一漏斗状测波标志,长约1.5—2m。 2、浮体:浮筒主要部分,主体略扁吃水较浅,尾管略长重心较低。 3、尾管及重锤:尾管长50—60cm,尾管上套以铸铁重锤,用以调节 深度。
合。同时,开动秒表,等到几个连续的波峰相继通过这条横
线后,停下秒表。根据时间和波峰的个数算出周期。
2)波浪的高度观测:
波高是用位于分划板右方的波高标尺来测定。观测 时使分划板的波高标尺对准海上浮筒标杆顶端,转动俯 仰微调手轮使管状水准泡居中,密切注视浮筒的跳动, 同时启动秒表,观测记录下浮标最低格数和最高格数, 利用公式可得出波高值。
海上浮筒
光学测波仪
1 .望远镜 2 .管状水准泡 3 .俯仰微动手轮 4 .解脱手柄 5 .方 向微动手轮 6 . 指标 盘 7 .水平度盘 8 .底座 9 .调平螺钉 10 .圆形水准泡
HAB-2 型测波仪示意图
水平度盘7与指标盘6连接,可将解 脱手柄4向前推动50度,即指标盘 镜垂直轴自由转动;调整调平螺钉 9,使圆行水准泡10居中,调整俯 仰微动手轮3,使管状泡2居中。
改变或风平息后遗留的波浪均称涌浪。
近岸浪:风浪或涌浪传至浅水或近岸区后,因受地形影响发生一系
列变化。 内波: 不同密度的水层界面处而产生的波动。
潮汐波:由于天体引潮力作用所产生的波动。
海啸: 象。 由于海底或海岸附近发生的地震或火山爆发所形成的波动。
风暴潮:由于气象原因,如台风,强风暴等引起的海面异常升高现
实际海浪
实际海浪
上跨零点
下跨零点
1 p
大波的平均波高
H1
10
10 = N
N/10
Hi i= 1
T1/3
3 = N
Tr r=1
N/3
3 H1 = N 3
Hi i= 1
N/3
H1 =K1H
10 10
H1 = K1H
3 3
有效周期
周期的换算关系
T1/10 1.31T
T1/ 3 1.15T
某一标志物,当一个显著的波浪的波峰过此物时,启 动秒表,待相邻波峰再经过此物时,关闭秒表,读取 记录时间,即为这个波的周期。 二、平均周期观测:观测员手持秒表,当波峰经过海
面上的某标志物或固定点时,开始记时,测量11个波
峰相继经过此物的时间,如此测量三次,将三次时间 相加除以30即得平均周期。
部分大波波高及周期观测
测波浮标
二、锚链 钢制链条,水深小于20m时,取水深两倍,大于20m时,取水深1.5倍,
此外还要加上该海区最大波高的两倍。
三、海底固定物 通常采用沉石和铁锚
1、沉石:适用于海底平坦地区,要求其重心低,在海底不会翻滚,以半球形
为宜,其重量轻型浮标约350kg,重型浮标约500kg,通常采用混凝土制 成。 2、铁锚:适用于淤泥和乱石海区。以山字形锚最佳,无条件者亦可使用其他 形式铁锚, 但要求锚头不会缠住锚链。其重量轻型浮标约为40kg,重型 浮标为70kg。
波向观测
观测波向时,观测员站在船只较高位臵,利用罗经 方位仪,使其瞄准线平行于离船舷较远的波峰线,转动 90°后读取罗经示度盘上波浪来向的示数即为波向。当 海上无浪或浪向不明时波向记C,风浪和涌浪同时存在 时,波向分别观测。波向分16个方位:
波型观测
目视判断所属波型 风浪波型记F 涌浪波型记U 两者并存时:
安装测波仪和测波浮标
浮标安放 1、安放前了解待测地点水深、地质和海浪情况,以确定浮标 规格,锚链长度和海底固定物类型。 2、浮标安放距离以测波仪实际高的20倍为宜。
3、浮标下水前要进行仔细检查。
4、投放应选择平静海面。
波浪要素的观测
1)波浪的周期观测: 转动方向微动手轮,使望远镜瞄准,让波浪对着观测者迎 面而来,注意某一个波峰何时应于分划板上某一条横线相重
波高 风浪≈涌浪时记 FU 风浪>涌浪时记 F/U 风浪<涌浪时记 U/F
周期的观测
当波长小于船长时,可以相邻两个显著波峰
经过海面浮动的某一标志物的时间间隔作为
这个波的周期;
当波长大于船长时,应以船身为标志物,相 邻两个显著波峰经过此物的时间间隔,作为 这个波的周期。
周期的观测
一、周期观测:观测员手持秒表,注视随海面浮动的
广为应用的测量仪器使用了高电导铠装电缆,所测量的是电缆之 间海水通路的电阻,该电阻随水位升降而减小或增大,这种测量仪器 坚固耐用,但是必须预先知道海水电导随温度和盐度的变化情况,同 时也必须掌握导电通路的几何形状。
采用绝缘导钱,它的电容和水位存在函数关系,能用来测量波高, 但是测量准确很差。其原因是海水下落后所留下的水膜仍会影响电阻 值,致使波高测值失真,绝缘材料缓慢吸收水分之后,也会改变它的 绝缘性能,从而使仪器的响应产生缓慢的漂移。
海上或船上的观测者获得的离岸较远的开阔海域的海浪资 料,可用于理论研究、风浪预报、船舶航行及捕捞等。
海浪观测的主要内容是风浪和涌浪的 波面时空分布及其外貌特征,观测项目 包括海浪的波高、周期、波向、波型和 海况 。仪器目前仅可以测量前三者,其 他为目测。
海浪观测时间为: 大面或断面的测站,船到站即测。 海上连续测站,每3小时观测一次,时间为02,05,08,11,14, 17,20,23时; 海滨测站的目测时间则为08,11,14,17时。
第八章 海浪的观测
海浪是发生在海洋中的一种波动现象,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。 海浪的时间尺度:十分之几秒的周期到几天、几个月甚至 儿年的长周期波动。 海浪的水平尺度:从几厘米的波长到几千千米的波长。 波动恢复力:表面张力、重力、科氏力。
单点测量
二 压力法测波 海洋波浪在其下方产生可测的压力起伏,与波高在一定条件下具以下 关系:
三、惯性法测量 测量水表垂直加速度的方法可以避开在外海测量波高时寻找合 适参考坐际困难,就平均值而论,海平面是不变的,因此没有平均加 速度,所以垂直加速度对时间两次积分之后,就得到相对于平均海平 面的海面高度,这种测量并非没有困难;低频波的加速度一般较小, 为了在有高频加速度的情况下准确地测出低频波和涌浪,要求仪器对 垂直加速度具有线性响应,而对水平运动不灵敏。
“无风不起浪”
“无风三尺浪”ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
“风平浪静”
海浪:指周期为几秒至几十秒的由于风传输给海面能 量引起的波动现象。是海水运动形式之一,它的产 生是外力、重力与海水表面张力共同作用的结果。
形成原因:风浪、涌浪、近岸浪、内波、潮汐波、海啸、风暴潮。
风浪:
涌浪:
由风直接作用而引起的水面波动称为风浪。
由其他海区传来的波浪或由于当地的风力急剧减小、风向
此外,海浪有时还会携带大量泥沙进入海港、航道,造 成淤塞等灾害。
海浪促进海水上下层混合,使混合后水层富有氧气, 满足海中鱼类和其他动植物需要; 波浪发电;
葡萄牙的“海蛇”海浪发电 站 世界首座商用波浪能发电厂
1
海浪基本要素
2
观测方法
3
目测海浪
4
测波仪(光学式测波仪)
波浪要素
波峰: 波面的最高点; 波谷: 波面的最低点; 波高H: 相邻的波峰与波谷间的垂直距离; 波长λ:相邻的两个波峰(或波谷)间的水平距离,单位米; 波陡δ:波高与波长之比,它是表示波形陡峭的量; 波龄:波速和风速之比,表示波浪发展程度。 波幅a: 波高的一半称为波幅; 周期T: 两相邻的波峰(或波谷)相继通过一固定点所需时间; 波速c: 波峰(或波谷)在单位时间内的水平位移; 波向:波浪传来的方向。 波峰线:空间的波系中,垂直于波向的波峰连线。
目测海浪
目测海浪时,观测员应站在船只迎风面,以 离船身30m或船长之半以外的海面作为观测 区域,来估计波浪尺寸和判断海浪外貌特征。
海面状况观测
波型观测
目测 海浪
波向观测 周期观测
海面状况观测
海面状况(海况)是指在风力作用下的海面外貌特征,根 据波峰的形状,峰顶的破碎程度和浪花出现的多少,可将 海况分为10级。
多点测量
一 纵摇/横摇浮标
在某点测量波高和波斜度的两个分量随时间变化的函数或利 用固定平台测得的压力和水平速度两个分量测波。
二 沿直线测波
最简单的大范围测量是沿一直线测量波高,经傅里叶变换后 知道波的方向分布。
三 大面积测波
能够保证充分的空间覆盖范围: 1 照相法 ——立体摄影测波 2 微波测波——雷达测波(散射信号的频移等于海洋波浪的频率)
望远镜瞄准机构中,装有透视镜网格的分划板,如下
H表示仪器物镜中心在海平面的设计高度。
F表示望远镜物镜焦距。 B表示波高标尺II上每一小格所代表的高度。 V为海天交界线。
测波浮标
由浮筒、锚链和海底固定物三个部分组成。浮标是用其浮筒的储 备浮力漂浮在海面上,并用锚链系于海底固定物上,以保证其在固定
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