2.2海浪

§8.3 风浪、涌浪和近岸浪
14
折射
折射
绕射
§8.3 风浪、涌浪和近岸浪
15
16
波浪向岸传播过程中
L3 L2 L1
• • • •
波长变短 波高增加 波速降低 波浪破碎 (破波)
L
H3
H2
H1
H
SA N D Y B
O TTO M
wave base
§8.3 风浪、涌浪和近岸浪
17
崩波
激波
卷波
§8.3 风浪、涌浪和近岸浪 18
3）风暴潮（Storm Surge）
――由强烈的大气扰动（强台风、强锋面气旋、寒潮大风等）引起的 海面异常上升现象。 主要原因：海面气压分布不均匀――气压每下降1hPa，海面约升高1cm； 大风――风暴向岸边移动时，受强风牵引海水涌向岸边，海 面升高，升高幅度与风速的平方成正比。 我国风暴潮多发区： 莱州湾、渤海湾、长江口至闽江口、汕头至珠江口、雷州湾和海南 岛东北角，其中莱州湾、汕头至珠江口是严重多发区。
§8.1 概 述 6
风暴潮
§8.1 概 述 7
风浪、涌浪和近岸浪
一、风浪（Wind Wave） 1、特征 ――周期短、波峰尖、波长短、波峰线短，波面不规则， 易破碎。 方向（指来向）与风向较为一致。 2、影响风浪成长的三要素 1）几个概念 ① 风区――风速、风向近似一致的风作用的海域范围。 沿风吹的方向，从风区上沿至下沿的距离，称为风区 长度或风程。 ② 风时――近似一致的风速和风向连续作用于风区的时间。
§8.3 风浪、涌浪和近岸浪 11
风浪的三种状态
• 风浪充分成长状态：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
§8.3 风浪、涌浪和近岸浪
13
三、近岸浪 1、波向的改变 ――折射，使波峰线逐渐趋于与等深线平行，即波峰平 行于海岸线。 ――绕射，波浪绕过障碍物进入被障碍物遮蔽的水域。 ――反射。 2、波高变化 ――波浪进入开敞海岸浅水区时，波高增大，波长变短， 波陡增加，易翻卷破碎。 ――波浪绕射进入海湾时，波高降低。 ――岬角地形处的波高比凹陷处的高。
§8.1 概 述
3
二、波浪的分类
1.按波长与水深关系分类 • 深水波：波长远小于海深的波（

h
4）
c 1.5T
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ• 浅水波：波长远大于海深的波（
波速与波长和周期有关，与水深无关。

h
20 ）
c
gh
• 波速取决水深，与与波长和周期无关
2、按周期或频率分类 海浪大部分能量集中在周期4～12s的范围内，属重力波 范围。最常见的重力波是风浪和涌浪。 3、按成因分类
§8.3 风浪、涌浪和近岸浪
22
水质点的运动与波形传播的关系
理论上证明：深水波中海面上水质点运动的轨迹是以波高为 直径的圆，在海面以下其直径以指数形式迅速减小。浅水波 中水质点运动的轨迹为椭圆。
群
波
海洋中的波浪常以“群”的形式出现，通常称为群波(Group of Waves)。设两列波向、振幅相同，波长和周期稍有差别的 正弦波相互叠加，叠加以后的合成波形如下图。
§8.4 有效波高和合成波高
27
2.6 世界大洋上的狂风恶浪海域
• 冬季，北太平洋和北大西洋中高纬 （30-60 N ） 中高纬海域位于盛行西风带内，且与极锋平均位置重合，其上 多锋面气旋活动，风大浪急。 中高纬海域西部是强大冷暖海流交汇处，加剧锋面和气旋的形 成及强烈发展。 两大洋中高纬驻留永久性低压中心（阿留申和冰岛低压），使 周围海域风力强劲。 • 比斯开湾 （北大西洋）:处于西风带中，海湾地形水深，波流效应。 • 夏季，北印度洋：西南季风 • 南半球整个咆哮西风带
§8.4 有效波高和合成波高 26
3、合成波高 ――风浪波高与涌浪波高的合成， HE＝（Hw2+Hs2）1/2 公式中：Hw――平均显著风浪波高； Hs――平均显著涌浪波高。 波浪分析图上的波高为合成波高。 二、有效波高与其它统计波高的关系 设有效波高H1/3＝1m，则 平均H＝0.63m H1/10＝1.27m H1/100＝1.61m H1/1000＝1.94m
破
波
§8.3 风浪、涌浪和近岸浪
19
20
21
四、其它因素对波高的影响 1、波流效应 流速2～3kn，风速10～15m/s时， 波浪去向与海流方向相反或接近相反时： 波高增加最大，增幅达20％～30％。 波浪去向与海流运动方向相同时：波高降低，波长增加。 2、水、气温差 Tw－Ta＝1℃，波高增加5％； Tw－Ta＝2℃，波高增加10％； Tw－Ta＝10℃，波高增加50％；
驻
波
由两列波向相反的正弦波叠加，可以得到一种波形不向前 传播的波，波面只在原地振动，称为驻波（standing wave）。海滨峭壁处常出现驻波，台风眼区的“金字塔 浪”就是驻波。波腹处的水质点只作垂直运动，波节处的 水质点只做水平运动。
有效波高和合成波高
一、几种常用的统计波高 1、平均波高 ――连续观测几个波，取所有波高的平均值。 平均H＝∑Hi/n 2、有效波高 部分大波的平均波高――将连续观测到的波高按大小排 列起来，并就其中最高的一部分波高计算平均值。 例如：如果共观测1000个波，将这些波高按从大到小的顺序 排列起来，取其中波高最大的10列波高计算平均波 高，得到1/100大波平均波高，记为H1/100。 同理，有H1/1000、H1/10、H1/3。 其中，H1/3称为有效波高，波浪预报图上的波高即为有效波高。
第二节
2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5
海浪(6分)
概 述 群波和驻波 风浪、涌浪和近岸浪 有效波高和合成波高 风浪分布概况
1
概
一、波浪（Wave）要素
述
§8.1 概 述
2
1、波峰――波面的最高点。 2、波谷――波面的最低点。 3、波高（H）――相邻波峰与波谷之间的垂直距离。 4、波幅（a）――波高的一半，a=H/2。 5、波长（λ）――相邻两波峰或相邻两波谷之间的水平距离。 6、波陡（δ）――波高与波长之比，δ＝H/λ。 7、周期（T）――相邻的两波峰或两波谷相继通过一固定点 所需要的时间。 8、频率（f）――周期的倒数，f＝1/T。 9、波速（C）――波峰或波谷在单位时间内的水平位移（波 形传播的速度），C＝λ/ T。 10、波峰线――通过波峰垂直于波浪传播方向的线。 11、波向线――波形传播的方向线，垂直于波峰线。
§8 海浪 30
盛行风频率：东海最高，南海次之，黄、渤海最低。 8级大风日数：东海沿岸最多，黄、渤海沿岸次之，南海 沿岸最少。
§12.2 中国近海风与浪的分布概况 29
思考题
1、描述波浪特征的要素有哪些？风浪、涌浪按周期分应属何种波？ 2、什么是海啸、内波、潮汐波、风暴潮？它们各有什么特征？哪些地区 易爆发海啸、风暴潮？ 3、浅水波和深水波的波速分别与哪些因素有关？ 4、海浪的传播是否是水质点在传播？深水波和浅水波的运动轨迹是什么 形状？在何时水质点的运动方向与波向一致或相反？热带气旋眼区的 金字塔浪属何种波 5、风浪、涌浪的外观特征有哪些区别？风浪波高的大小与哪些因素有关？ 涌浪在传播过程中，其能量衰减有何选择性，波高、波长、周期怎样 变化？ 6、风浪、涌浪的方向与风向的关系如何？ 7、当风浪、涌浪传至近岸区域后，浪向、浪高有什么变化？ 8、什么是有效波高和合成波高？当有效波高为2m时，海面上连续传来的 100列波中是否有3米大浪？ 9、在有海流影响的海域，当海流流向与海浪传播方向夹角多大时，海浪波 高增加最大？当气温与水温满足什么条件时，海浪波高会增大？
1）风浪和涌浪 风浪（Wind Wave） ――风的直接作用引起的 水面波动（无风不起浪）。 涌浪（Swell） ――风浪离开风区传至远处， 或者风区里风停息后所 遗留下来的波浪（无风三尺浪）。
§8.1 概 述
5
2）海啸（Tsunami，又称地震波）
――由于海底或海岸附近发生地震或火山爆发所形成的海面异常波动。 特点：周期长，波长长，波速大，在外海坡度很小，当传至近岸时， 波高剧增。 世界上常受海啸袭击的国家和地区有： 日本、菲律宾、印度尼西亚、加勒比海、墨西哥沿岸、地中海。
• 好望角（南半球咆哮西风带）：西风带，岬角效应。
§12.1 世界大洋上的狂风恶浪海域 28
2.6 中国近海风与浪的分布概况
• 风的分布
冬季风：渤海、黄海吹西北或北风，东海南部、南海北部和中部为 东北风，南海南部为偏北风。 夏季风：20°N以南为西南风，20°N以北为东南风。
• 浪的分布
冬季以偏北向浪为主，夏季以偏南向浪为主。 各海区平均波高0.5～3.0m之间。 大浪位置与高频中心与大风区基本吻合。
§8.3 风浪、涌浪和近岸浪 8
§8.3 风浪、涌浪和近岸浪
9
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。 • 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。
③ 充分成长状态――风区、风时 无限时，风浪成长到一定程度 后停止发展（并变得不稳定， 破碎），这种状态即为充分成 长状态。 风区、风时无限的情况下，风 速越大，处于充分成长状态的 风浪波高越大，因此，充分成 长的风浪波高取决于风速。 对于给定的风速，风浪要达到 充分成长状态，风时需不低于 某一值，风区长度也不低于某 一值，这就是对应于该风速的 最小风时和最小风区。
充分成长。
• 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。
3、浅水中风浪的成长 风速、风时、风区相同时，浅水区的风浪尺寸比深水区 的小得多。 二、涌浪（Swell） 1、特征 ――波形规则，波峰圆滑，波长长，波峰线长，周期长， 移速快。 方向（来向）与海面实际风向无关，两者间可成任意角度。 2、传播特性 ――波长大的衰减慢，波长小的衰减快，随着传播距离的 增加，波高逐渐降低，周期不断增大，波长增加。