海洋工程环境学01

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1.3.3 分类-按波浪传播海域水深
深水波 : h/L≥0.5 有限水深波 0.5＞h/L＞0.05。 浅水波 h/L≤0.05
其中h为水深，L为波长,
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Life History of Ocean Waves
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波浪的种类－风浪
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波浪的种类－涌浪
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波浪的种类－近岸浪
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1.4 随机波浪理论
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1.4 随机波浪理论
自然界，海面上的波浪都是高低长短、 瞬息万变的。初观之下，似乎无规律可循， 但是经过仔细分析和统计大量观测资料后， 人们发现海浪是一随机现象，具有统计规律， 可以利用概率统计理论进行研究。利用概率 统计理论研究海浪现象的理论称为随机波浪 理论。
涌浪是在风停以后或风速风向突然变化，在原来的海区
涌 浪 内剩余的波浪，还有从别的海区传来的海浪。涌浪的外
形圆滑规则，排列整齐，周期比较长；
近岸浪
风浪和涌浪传到海岸边的浅水地区变成近岸浪。在水 深是波长的一半时，海浪发生触底，波谷展宽变平， 波峰发生倒卷破碎。
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1.4 .1 波浪的随机特征
波浪运动的随机性
• 右图是根据从两架飞机 上拍摄的海面立体照片 而绘制的两张海面等高 线实例。可以看出，波 浪的特征在时间、空间 的变化都非常复杂的。
• 上述两张图是从连续拍 摄的照片中选出的等高 线图，虽然看上去极不 相同，但在统计上却可 以认为它们是表示大致 相同的海面状态的两个 样本。
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1.3.5 分类-按波浪破碎与否
破碎波，未破碎波和破后波
此外根据波浪运动的运动学和动力学处 理方法，还可以把波浪分为微小振幅波(线 性波)和有限振幅波(非线性波)两大类。。
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1.4 .1 波浪的随机特征
海浪波面变化是平稳随机过程，它的特点是过程的 统计特征(平均振幅，方差等)不随时间坐标原点的推移 而变化，即某时刻t的统计特征与时刻(t+τ)相吻合。 此外，在一般情况下，海浪作为一个随机过程具有各态 历经性，由于各态历经性，过程中每一个变量的期望值， 与其沿时间的平均值相等，即一个充分长时段的现实能 代替同一时段现实的总体。
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1.4 .1 波浪的随机特征
海浪的复杂性和随机性
定点观测海面波动时间过程：波动 是不规则的，且是随机量，采用确 定的函数描述是困难的。
海浪难以观测，是否可以利用单个 测点或少数几个测点来分析海浪的 总体统计特性？
一般来说，某一随机过程中的一 个样本是不能代表随机过程的总 体的，但如果把海浪看作是一个 平稳随机过程，并且具有各态历 经性，在这种情况下是可以代表 的。
1.3.2 分类-按照波浪形态
规则波:离开风区后自由传播时的涌浪接 近于规则波。
不规则波:大洋中的风浪。
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规则波模拟结果
A（cm）
实际波面过程线
0.5
理论波面过程线
0.0
-0.5
0 10 20 30 40 50 t（60s） 70 80 90 100 110 120
So, because deep water celerity depends on wavelength, longer waves travel faster than shorter waves.
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1.3.6 波浪基本参数
振荡波 (推进波, 立波) 推移波
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Longitudinal Waves
In a longitudinal wave the particle displacement is parallel to the direction of wave propagation. The animation below shows a one-dimensional longitudinal plane wave propagating down a tube. The particles do not move down the tube with the wave; they simply oscillate back and forth about their individual equilibrium positions. Pick a single particle and watch its motion. The wave is seen as the motion of the compressed region (ie, it is a pressure wave), which moves from left to right.
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Transverse Waves
In a transverse wave the particle displacement is perpendicular to the direction of wave propagation. The animation below shows a onedimensional transverse plane wave propagating from left to right. The particles do not move along with the wave; they simply oscillate up and down about their individual equilibrium positions as the wave passes by. Pick a single particle and watch its motion.
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Water Waves
Water waves are an example of waves that involve a combination of both longitudinal and transverse motions. As a wave travels through the waver, the particles travel in clockwise circles. The radius of the circles decreases as the depth into the water increases. The movie below shows a water wave travelling from left to right in a region where the depth of the water is greater than the wavelength of the waves. I have identified two particles in blue to show that each particle indeed travels in a clockwise circle as the wave passes.
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波浪水分子的运动
快
慢
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波浪的运动
• 海水表面做上下 运动，在深水（大 于一半波长）中水 分子是做圆周运动；
• 在浅水中水分子 其运动轨迹为椭圆 形。
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定义
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老师，机械装置是实物构件的组合，各部分 有确定的相对运动，借此，能量和动量相互 转换，就像螺丝钉和螺帽，或者杠杆围绕支 点转动，还有滑轮的枢纽，之类的。尤其是 构造，多少有点复杂。包括活动部件的组成， 或者简单的机械零件，比如滚轮，杠杆，凸
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Internal waves
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1.3.1 分类-所受干扰力和周期
表面张力波: 其波长小于1.7cm，最大波高为 1至2mm 重力波: 周期1～30s的波浪，其主要干扰力 是风，重力是它的恢复力。 长周期波: 风暴潮；海啸。 潮波: 其周期最长。
轮等等
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记录，分析，总结，整理的工具，讨论并解释知识，有图片的，没图片的， 硬皮的，软装订的，有护封的，没护封的，有前言，简介，目录，索引， 用于人类大脑的启示，理解，改进，加强和教育，通过视觉实现，有时也 用触觉
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1.3.4 分类-按波浪运动形态
海洋工程环境学
Environmental Mechanics of Ocean Engineering
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1.3 海洋波动
波浪是海洋中最常见的现象之一，是 船舶和海洋工程最重要的环境动力因素。
引起海洋波动的原因很多，诸如风、 大气压力变化、天体的引潮力、海洋中不 同水层的密度差和海底的地震等。
Shallow Waves – Surf/breakers
In deep waters, only wavelength and gravity affect a waves speed (celerity).
As the wave approaches shallow water, or water that is half the wavelength or less deep, the ocean floor begins to affect the wave's shape and speed (celerity). Wave height increases, and the crests become more peaked. As the steepness increases, the wave becomes unstable. The forward speed of the crest becomes faster than the speed of the wave, and the wave breaks.
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1.3.1 分类-所受干扰力和周期
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Wave development
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重力波
风浪
风浪是在风直接作用下生成的海水波动现象。风越大， 浪越高，波浪的高度差不多和风的速度成正比，但风 浪瞬息万变，波面粗糙，周期比较短；
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上跨零点法
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如何描述这个波系的大小呢?一般有二种方法： 一是采用有某种统计特征值的波作为代表波的特征波法； 二是用谱表示。
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1.4 .2 波浪的统计基础
上跨零点法; 取平均水位为零线，把波面上升与零线相交的点作
为一个波的起点。波形不规则地振动降到零线以下， 接着又上升再次与零线相交，这一点作为该波的终点 (也是下一个波的起点)。如横坐标轴是时间，则两个 连续上跨零点的间距便是这个波的周期；把这两点间 的波峰最高点到波谷最低点的垂直距离定义为波高。