通识课2--波浪海啸风暴潮
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定常状态：指恒定的风长时间吹在有限的水域上，使 海面各点的风浪要素趋于稳定。
充分成长状态：风速越大，风时越长，风浪就越发展。 但风浪的发展不是无限的，当波陡接近1/7时，波浪开始 破碎。这是因为风传给风浪的能量，一部分用于增大波 高，一部分消耗于涡动摩擦，当风传给风浪的能量与涡 动摩擦消耗的能量相平衡时，风浪不再继续增大，即风 浪达到极限状态，这种状态称为风浪充分成长。
碎现象，并在岸边形成拍岸浪。
118
浅水区波浪
波浪的破碎、沿岸流与离岸流
波浪在近岸破碎能把相当多的水量带入破碎区，这些海水最终会经过破 碎带重新返回到海洋中，从而形成离岸流。尽管所维持的时间往往只有几 分钟，所涉及的距离只有破碎带的2～8倍，但其流速却相当大，有时可达 1.5m/s以上，海滨的游泳者可明显的感觉到。
海岸和海底形状影
响着离岸流的分布情
况，对于平直且海底
坡度大致相同的海岸，
所形成的离岸流大致 是等距的。
70~830m
离岸流 2m/s
离岸流之间顺岸 边的流动称之为沿 岸流。
沿岸流 10~30m
碎波
离岸流 2m/s
10~30m 119
浅水区波浪
沿岸流
在海岸弯曲的岸边如海岬处，波浪辐聚，水量增多，它们 沿海岬两边向海湾处流动，离岸流往往在湾的中部形成。
10
北太平洋上的风浪
风浪 (Wind Wave)
由风直接作用引起的水面波动称为风浪。 风浪特征：周期较短，波面不规则，波长短。 风浪波向与风向一致，波高取决于风力、风区、风时。
1111
风浪和涌浪
风浪成长与风速、风时和风区的关系
风速：一般风速越大产生的风浪也越大。这只 适用于风时和风区不受限制时。
7
波浪的叠加
8
波群由两列振幅相等，波长和周期相近， 传播方向相同的正弦波叠加而成。
z1=a sin(kx-st) z2=a sin(k’x-s’t)
9
• 波群(Wave group)﹕海洋 中外观波形常呈现成群 出现现象，即海面上有 一长列向同一方向传播 的波形。在某一固定点 观测时，首先出现一阵 波高较小的时段，随后 波高渐渐增大，而在连 续出现几个大波后，波 高又再减小﹔这种成群 的波列即称为波群
4
风浪
• 海面的波浪以风所产生的风浪及其演变而 成的涌浪最为常见，两者合称为海浪。
5
波浪概述
波峰、波谷
波高(H)、波长(l)、周期(T) 波浪要素： 波速(c= l/T)、波幅(a=H/2) 、波陡(δ=H/l)
波数(k=2π/l)、圆频率(s= 2π/T)
波峰线、波向线
66
回忆一下波浪的要素
2
起源地
• 早在1778年，英国探险家J.库克船长在夏 威夷群岛就曾见过当地居民有这种活动。 在库克发现这种冲浪游戏几十年之后，在 获得1912年奥运会游泳冠军的美国夏威夷 人哈哈摩库的大力提倡下，冲浪运动才在 美国的加利福尼亚推广开来，现在流行于 夏威夷、北美、秘鲁、澳大利亚和南非， 并且已经具有了世界级别的冲浪锦标赛。
1166
溢出型碎波(Spilling breakers) 崩卷型(Plunging breakers) 崩塌型(Surging breakers)
17
浅水区波浪
浅水区的海底摩擦作用可及至水面，但波峰相对于波谷，水
深大，摩擦影响小，故波峰的波形推进速度要大于波谷，并导
致波面前倾而变形。当波峰前倾坡度很大时，便发生倒卷和破
3
冲浪圣地
• 夏威夷
– 每个冲浪玩家都希望至少去夏威夷冲一次浪。瓦胡 岛是夏威夷的主岛， 冲浪也是最主要的冲浪场所， 岛的形状使得岛上自然形成了四个冲浪海岸。夏威 夷群岛由于受季风的影响，夏季从北太平洋吹来的 海浪，往往使海浪高达4米，有些浪高甚至可高达8 米以上，冲浪者可滑行800米以上。
• 法国西南海岸 • 民大威群岛 • 塔希提岛 • 海南岛日月湾
风浪成长主要与风速、风区和风时有关。另外，还受 水深及海域特征等因素影响。浅水海区风浪不易发展， 海底地形可能改变波向。
13
13
微波:蒲福風級->1
大浪:蒲福風級->6
小浪:蒲福風級->4
巨浪:蒲福風級->8
中浪:蒲福風級->5
狂涛:蒲福風級->11
14
14
浅水区波浪
当波浪传至浅水及近岸时，由于水深及地形、岸形 的变化，无论其波高、波长、波速及传播方向等都会 产生一系列的变化。诸如波向的折射、波高增大从而 能量集中，波形卷倒、破碎和反射、绕射等。对海岸 工程、海岸地貌的变化均具有重大影响。
220
21
波浪的破碎、沿岸流与离岸流
浅水区波浪
222
波浪的破碎、沿岸流与离岸流
浅水区波浪
223
波浪的破碎、沿岸流与离岸流
Biblioteka Baidu
>
<
浅水区波浪
224
浅水区波浪 没有离岸流的海岸——海面平滑
有离岸流的海岸——海面粗糙
225
浅水区波浪
救命啊！
226
离岸流要了我的命啊！
浅水区波浪
227
• 海洋带来不仅是冲浪的快乐 • 也有极其致命的海洋灾害---巨浪（例如海
波浪和海洋灾害
1
波利尼西亚人
• 冲浪(surfing) 是波里尼西亚人的一项古老文 化。他们的酋长是部落 冲浪中技术最好的驾 浪者、并拥有使用最好的树木所制造最好的冲 浪板。统治阶级并拥有最好的海滩和板子；一 般阶级的民众不准进入他们的沙滩，但民众可 以经由优良的冲浪技术而晋升得到这些特权。 冲浪运动是波里尼西亚人的生活、就像今日西 方世界的运动一样。它影响了波里尼西亚的社 会、宗教和神话。波里尼西亚酋长们以展现他 们在浪上的特技来作为其威信的象征。
风时：同一方向的风连续作用的时间。一般对水面持续 作用的时间越长，海水所获得的动能越大，风浪也越大。
风区：指风在海上吹过的距离。风区的大小对风浪的成 长起着不可忽视的作用，若风区的长度不够，风浪也不能 充分发展。
风速为15m/s，波浪成长与风 时、风区12 的关系12
风浪和涌浪
风浪的三种状态
过渡状态：风吹到大洋上，风浪随着时间的增长而增 大。风浪的成长取决于风时长短。
1155
波浪波在浪沿的岸折的射破碎
浅水区波浪
海浪波传浪到传浅入水浅后水，后由，于由波于长波变速短和、地波形高的增影大响、，波导陡致迅波速向增大而 导致发波生浪转破折碎。。
不难推论，在海底凸出的海岬处，由于折射原因，波 向线产生辐聚，而在凹进的海岸处，波向线辐散。
故在海岬处常出现较大波浪，而在海湾处相对较小。
充分成长状态：风速越大，风时越长，风浪就越发展。 但风浪的发展不是无限的，当波陡接近1/7时，波浪开始 破碎。这是因为风传给风浪的能量，一部分用于增大波 高，一部分消耗于涡动摩擦，当风传给风浪的能量与涡 动摩擦消耗的能量相平衡时，风浪不再继续增大，即风 浪达到极限状态，这种状态称为风浪充分成长。
碎现象，并在岸边形成拍岸浪。
118
浅水区波浪
波浪的破碎、沿岸流与离岸流
波浪在近岸破碎能把相当多的水量带入破碎区，这些海水最终会经过破 碎带重新返回到海洋中，从而形成离岸流。尽管所维持的时间往往只有几 分钟，所涉及的距离只有破碎带的2～8倍，但其流速却相当大，有时可达 1.5m/s以上，海滨的游泳者可明显的感觉到。
海岸和海底形状影
响着离岸流的分布情
况，对于平直且海底
坡度大致相同的海岸，
所形成的离岸流大致 是等距的。
70~830m
离岸流 2m/s
离岸流之间顺岸 边的流动称之为沿 岸流。
沿岸流 10~30m
碎波
离岸流 2m/s
10~30m 119
浅水区波浪
沿岸流
在海岸弯曲的岸边如海岬处，波浪辐聚，水量增多，它们 沿海岬两边向海湾处流动，离岸流往往在湾的中部形成。
10
北太平洋上的风浪
风浪 (Wind Wave)
由风直接作用引起的水面波动称为风浪。 风浪特征：周期较短，波面不规则，波长短。 风浪波向与风向一致，波高取决于风力、风区、风时。
1111
风浪和涌浪
风浪成长与风速、风时和风区的关系
风速：一般风速越大产生的风浪也越大。这只 适用于风时和风区不受限制时。
7
波浪的叠加
8
波群由两列振幅相等，波长和周期相近， 传播方向相同的正弦波叠加而成。
z1=a sin(kx-st) z2=a sin(k’x-s’t)
9
• 波群(Wave group)﹕海洋 中外观波形常呈现成群 出现现象，即海面上有 一长列向同一方向传播 的波形。在某一固定点 观测时，首先出现一阵 波高较小的时段，随后 波高渐渐增大，而在连 续出现几个大波后，波 高又再减小﹔这种成群 的波列即称为波群
4
风浪
• 海面的波浪以风所产生的风浪及其演变而 成的涌浪最为常见，两者合称为海浪。
5
波浪概述
波峰、波谷
波高(H)、波长(l)、周期(T) 波浪要素： 波速(c= l/T)、波幅(a=H/2) 、波陡(δ=H/l)
波数(k=2π/l)、圆频率(s= 2π/T)
波峰线、波向线
66
回忆一下波浪的要素
2
起源地
• 早在1778年，英国探险家J.库克船长在夏 威夷群岛就曾见过当地居民有这种活动。 在库克发现这种冲浪游戏几十年之后，在 获得1912年奥运会游泳冠军的美国夏威夷 人哈哈摩库的大力提倡下，冲浪运动才在 美国的加利福尼亚推广开来，现在流行于 夏威夷、北美、秘鲁、澳大利亚和南非， 并且已经具有了世界级别的冲浪锦标赛。
1166
溢出型碎波(Spilling breakers) 崩卷型(Plunging breakers) 崩塌型(Surging breakers)
17
浅水区波浪
浅水区的海底摩擦作用可及至水面，但波峰相对于波谷，水
深大，摩擦影响小，故波峰的波形推进速度要大于波谷，并导
致波面前倾而变形。当波峰前倾坡度很大时，便发生倒卷和破
3
冲浪圣地
• 夏威夷
– 每个冲浪玩家都希望至少去夏威夷冲一次浪。瓦胡 岛是夏威夷的主岛， 冲浪也是最主要的冲浪场所， 岛的形状使得岛上自然形成了四个冲浪海岸。夏威 夷群岛由于受季风的影响，夏季从北太平洋吹来的 海浪，往往使海浪高达4米，有些浪高甚至可高达8 米以上，冲浪者可滑行800米以上。
• 法国西南海岸 • 民大威群岛 • 塔希提岛 • 海南岛日月湾
风浪成长主要与风速、风区和风时有关。另外，还受 水深及海域特征等因素影响。浅水海区风浪不易发展， 海底地形可能改变波向。
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13
微波:蒲福風級->1
大浪:蒲福風級->6
小浪:蒲福風級->4
巨浪:蒲福風級->8
中浪:蒲福風級->5
狂涛:蒲福風級->11
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浅水区波浪
当波浪传至浅水及近岸时，由于水深及地形、岸形 的变化，无论其波高、波长、波速及传播方向等都会 产生一系列的变化。诸如波向的折射、波高增大从而 能量集中，波形卷倒、破碎和反射、绕射等。对海岸 工程、海岸地貌的变化均具有重大影响。
220
21
波浪的破碎、沿岸流与离岸流
浅水区波浪
222
波浪的破碎、沿岸流与离岸流
浅水区波浪
223
波浪的破碎、沿岸流与离岸流
Biblioteka Baidu
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浅水区波浪
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浅水区波浪 没有离岸流的海岸——海面平滑
有离岸流的海岸——海面粗糙
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浅水区波浪
救命啊！
226
离岸流要了我的命啊！
浅水区波浪
227
• 海洋带来不仅是冲浪的快乐 • 也有极其致命的海洋灾害---巨浪（例如海
波浪和海洋灾害
1
波利尼西亚人
• 冲浪(surfing) 是波里尼西亚人的一项古老文 化。他们的酋长是部落 冲浪中技术最好的驾 浪者、并拥有使用最好的树木所制造最好的冲 浪板。统治阶级并拥有最好的海滩和板子；一 般阶级的民众不准进入他们的沙滩，但民众可 以经由优良的冲浪技术而晋升得到这些特权。 冲浪运动是波里尼西亚人的生活、就像今日西 方世界的运动一样。它影响了波里尼西亚的社 会、宗教和神话。波里尼西亚酋长们以展现他 们在浪上的特技来作为其威信的象征。
风时：同一方向的风连续作用的时间。一般对水面持续 作用的时间越长，海水所获得的动能越大，风浪也越大。
风区：指风在海上吹过的距离。风区的大小对风浪的成 长起着不可忽视的作用，若风区的长度不够，风浪也不能 充分发展。
风速为15m/s，波浪成长与风 时、风区12 的关系12
风浪和涌浪
风浪的三种状态
过渡状态：风吹到大洋上，风浪随着时间的增长而增 大。风浪的成长取决于风时长短。
1155
波浪波在浪沿的岸折的射破碎
浅水区波浪
海浪波传浪到传浅入水浅后水，后由，于由波于长波变速短和、地波形高的增影大响、，波导陡致迅波速向增大而 导致发波生浪转破折碎。。
不难推论，在海底凸出的海岬处，由于折射原因，波 向线产生辐聚，而在凹进的海岸处，波向线辐散。
故在海岬处常出现较大波浪，而在海湾处相对较小。