Свелл (океан)

Разрушение волн зыби на пляже Эрмоса , Калифорния

Набухают , также иногда называют земли набухают , в контексте океана , море или озеро , представляет собой ряд механических волн , распространяющихся вдоль границы раздела между водой и воздухом под преобладающим воздействием силы тяжести»и , таким образом, часто называют как поверхностные гравитационные волны . Эти поверхностные гравитационные волны имеют свое происхождение как ветровые волны , но являются следствием рассеивания ветровых волн от удаленных метеорологических систем , когда ветер дует в течение некоторого времени над выходом.воды, и эти волны движутся из области источника со скоростью, которая зависит от периода и длины волны. В более общем смысле, зыбь состоит из генерируемых ветром волн, на которые местный ветер в то время не сильно влияет. Волны зыби часто имеют относительно большую длину волны , так как волны с короткой длиной волны несут меньше энергии и быстрее рассеиваются , но это зависит от размера, силы и продолжительности погодной системы, ответственной за зыбь, и размера водоема, и варьируется. от события к событию и от одного и того же события с течением времени. Иногда в результате сильнейших штормов возникают волны длиной более 700 м.

Направление зыби - это направление, из которого движется зыбь. Оно задается как географическое направление, либо в градусах, либо в точках компаса , например, северо-северо-западная или юго-западная зыбь, и, как и ветры, данное направление обычно является направлением, откуда исходит зыбь. Волны имеют более узкий диапазон частот и направлений, чем локально генерируемые ветровые волны, потому что они разошлись из области их генерации и со временем имеют тенденцию сортировать по скорости распространения, причем более быстрые волны сначала проходят через удаленную точку. Волны принимают более определенную форму и направление и менее случайны, чем локально генерируемые ветровые волны.

Формирование [ править ]

Свелл возле гавани Литтелтон , Новая Зеландия

Большие буруны, наблюдаемые на берегу, могут быть результатом удаленных погодных условий над океаном. Пять факторов работают вместе, чтобы определить размер ветровых ветровых волн ^[1], которые станут океанскими волнами :

• Скорость ветра - ветер должен двигаться быстрее гребня волны (в направлении, в котором движется гребень волны) для чистой передачи энергии от воздуха к воде; более сильные продолжительные ветры создают большие волны
• Непрерывная дистанция открытой воды, над которой дует ветер без значительного изменения направления (так называемый приток )
• Ширина водной поверхности в ямке
• Продолжительность ветра - время, в течение которого ветер дует над взлетом.
• Глубина воды

Волна описывается с использованием следующих размеров:

• Высота волны (от впадины до гребня )
• Длина волны (от гребня до гребня)
• Период волны (интервал времени между прибытием последовательных гребней в стационарную точку)
• Направление распространения волны

Длина волны является функцией периода и глубины воды для глубин, меньших примерно половины длины волны, где на движение волны влияет трение о дно.

Влияние глубоководной волны на движение частиц воды ( стоксов дрейф ).

Полностью развитое море имеет максимальный размер волны, теоретически возможный для ветра определенной силы и силы ветра. Дальнейшее воздействие этого специфического ветра привело бы к потере энергии, равной подводимой энергии, дающей установившееся состояние, из-за рассеивания энергии из-за вязкости и разрушения вершин волн в виде «белых шапок».

Волны в данной области обычно имеют разную высоту. Для сводок погоды и для научного анализа статистики ветровых волн их характерная высота в течение определенного интервала времени обычно выражается как значительная высота волны . Эта цифра представляет собой среднюю высоту наивысшей трети волн в заданный период времени (обычно выбираемый где-то в диапазоне от 20 минут до двенадцати часов) или в конкретной системе волн или штормов. Значительная высота волны - это также величина, которую «обученный наблюдатель» (например, экипаж судна) мог бы оценить по визуальному наблюдению за состоянием моря. Учитывая изменчивость высоты волны, самые большие отдельные волны, вероятно, будут несколько меньше, чем вдвое больше высоты значительной волны. ^[2]

Источники ветрового волнения [ править ]

Ветровые волны создаются ветром. Другие виды возмущений, такие как сейсмические явления, также могут вызывать гравитационные волны, но они не являются ветровыми волнами и обычно не приводят к зыби. Возникновение ветровых волн инициируется возмущениями поля бокового ветра на поверхности воды.

Для начальных условий плоской водной поверхности ( шкала Бофорта 0) и резких потоков бокового ветра на поверхности воды генерацию поверхностных ветровых волн можно объяснить двумя механизмами, которые инициируются нормальными колебаниями давления турбулентных ветров и параллельным ветром. сдвиговые потоки.

Генерация поверхностных волн ветрами [ править ]

От «ветровых колебаний» : формирование ветровой волны начинается с произвольного распределения нормального давления, действующего на воду со стороны ветра. По этому механизму, предложенному О. М. Филлипсом в 1957 г., водная поверхность сначала находится в состоянии покоя, и генерация волны инициируется турбулентными ветровыми потоками, а затем колебаниями ветра, нормальным давлением, действующим на водную поверхность. Из-за этого колебания давления возникают нормальные и касательные напряжения, которые вызывают волновое поведение на поверхности воды.

Предположения этого механизма следующие:

• Изначально вода находится в состоянии покоя;
• Вода невязкая ;
• Вода безвихревная ;
• Нормальное давление на водную поверхность от турбулентного ветра распределено случайным образом; и
• Корреляциями между движениями воздуха и воды пренебрегают. ^[3]

Из «сил сдвига ветра» : в 1957 году Джон У. Майлз предложил механизм генерации поверхностных волн, который инициируется турбулентными сдвиговыми потоками ветра, на основе невязкого уравнения Орра-Зоммерфельда . Он обнаружил, что передача энергии от ветра к поверхности воды в виде скорости волны пропорциональна кривизне профиля скорости ветра в точке, где средняя скорость ветра равна скорости волны ( , где - среднее значение турбулентная скорость ветра). Так как профиль ветра логарифмический по отношению к поверхности воды, кривизна имеет отрицательный знак в точке${\ displaystyle Ua (y)}$${\ displaystyle c}$${\ displaystyle Ua '' (y)}$${\ displaystyle Ua = c}$${\ displaystyle Ua}$${\ displaystyle Ua (y)}$${\ displaystyle Ua '' (y)}$${\ displaystyle Ua = c}$. Это соотношение показывает , что ветер течет передача его кинетической энергии к поверхности воды на границе их раздела, а оттуда возникает скорость волны, . Рост скорость может быть определена по кривизне ветров ( ) на высоту рулевого управления ( ) для заданной скорости ветра, .${\ displaystyle c}$${\ displaystyle (d ^ {2} Ua) / (dz ^ {2})}$${\ displaystyle Ua (z = z_ {h}) = c}$${\ displaystyle Ua}$

Предположения этого механизма:

• 2-мерный параллельный сдвиговый поток .${\ displaystyle Ua (y)}$
• Несжимаемая, невязкая вода / ветер.
• Неповоротная вода.
• Небольшой уклон смещения поверхности. ^[4]

Как правило, эти механизмы формирования волн происходят вместе на поверхности океана, вызывая ветровые волны, которые в конечном итоге перерастают в полностью развитые волны. ^[5] Если предположить, что морская поверхность очень плоская (число Бофорта, 0), и внезапный поток ветра постоянно дует через нее, процесс генерации физических волн будет таким:

1. Турбулентные ветровые потоки образуют случайные колебания давления на поверхности моря. Небольшие волны с длиной волны порядка нескольких сантиметров генерируются колебаниями давления (механизм Филлипса). ^[3]
2. Поперечный ветер продолжает действовать на первоначально колеблющуюся морскую поверхность. Затем волны становятся больше, и при этом увеличивается разность давлений, и возникающая в результате сдвиговая нестабильность ускоряет рост волны экспоненциально (механизм Майлза). ^[3]
3. Взаимодействие между волнами на поверхности порождает более длинные волны (Hasselmann et al., 1973) ^[6], и это взаимодействие передает энергию от более коротких волн, генерируемых механизмом Майлза, к тем, которые имеют несколько более низкие частоты, чем пиковые волновые величины. В конечном итоге скорость волны становится выше, чем у бокового ветра (Пирсон и Московиц). ^[7]

• (Примечание: большинство скоростей волн, рассчитанных исходя из длины волны, деленной на период, пропорциональны квадратному корню из длины. Таким образом, за исключением самой короткой длины волны, волны следуют теории глубоководной воды, описанной в следующем разделе. Длина волны 8,5 м длинная волна должна быть либо на мелководье, либо между глубокой и мелкой водой.)

Рассеяние [ править ]

Диссипация энергии зыби намного сильнее для коротких волн, ^{[ необходима цитата ] [ требуется разъяснение ],} поэтому зыби от далеких штормов - это только длинные волны. Рассеяние волн с периодами более 13 секунд очень слабое, но все же значительное в масштабах Тихого океана. ^[8] Эти длинные волны теряют половину своей энергии на расстоянии от более 20 000 км (половина расстояния вокруг земного шара) до чуть более 2 000 км. Было обнаружено, что это изменение является систематической функцией крутизны зыби: отношения высоты зыби к длине волны. Причина такого поведения до сих пор неясна, но возможно, что это рассеяние вызвано трением на границе раздела воздух-море.

Дисперсия зыби и группы волн [ править ]

Волны часто возникают из-за штормов за тысячи морских миль от берега, где они обрушиваются, и распространение самых длинных волн в основном ограничивается береговой линией. Например, волны, образовавшиеся в Индийском океане, были зарегистрированы в Калифорнии после более чем половины кругосветного путешествия. ^[9] Это расстояние позволяет лучше отсортировать волны, составляющие волны, и избавить их от сколов по мере их приближения к берегу. Волны, создаваемые штормовыми ветрами, имеют одинаковую скорость, группируются и перемещаются друг с другом, ^{[ цитата необходима ]}в то время как другие, движущиеся со скоростью даже на долю метра в секунду медленнее, будут отставать, в конечном итоге прибывая на много часов позже из-за пройденного расстояния. Время распространения от источника т пропорциональна расстоянию X , разделенного на период волны Т . В глубокой воде это где g - ускорение свободного падения. Для шторма, расположенного на расстоянии 10 000 км, волны с периодом T = 15 с появятся через 10 дней после шторма, за ними последуют волны 14 с еще через 17 часов и так далее.${\ Displaystyle т = 4 \ пи X / (gT)}$

Рассеянное прибытие зыби, начиная с самого длинного периода, с уменьшением периода пиковой волны с течением времени, можно использовать для расчета расстояния, на котором образовались зыби.

В то время как состояние моря во время шторма имеет частотный спектр более или менее такой же формы (т. Е. Хорошо определенный пик с доминирующими частотами в пределах плюс или минус 7% от пика), спектры зыби становятся все более и более узкими, иногда равными 2 % или меньше, поскольку волны распространяются все дальше и дальше. В результате группы волн (называемые серферами наборами) могут иметь большое количество волн. Примерно с семи волн на группу во время шторма, это возрастает до 20 и более в волнах от очень далеких штормов. ^{[ необходима цитата ]}

Прибрежные воздействия [ править ]

Как и для всех водных волн, поток энергии пропорционален квадрату высоты значительной волны, умноженной на групповую скорость . На большой глубине эта групповая скорость пропорциональна периоду волны. Следовательно, волны с более длинными периодами могут передавать больше энергии, чем более короткие ветровые волны. Кроме того, амплитуда инфрагравитационных волн резко увеличивается с периодом волны (примерно квадрат периода), что приводит к более высокому разбегу .

Поскольку волны зыби обычно имеют большие длины волн (и, следовательно, более глубокую основу волны), они начинают процесс преломления (см. Волны на воде ) на больших расстояниях от берега (в более глубокой воде), чем волны, генерируемые локально. ^[10]

Поскольку волны, создаваемые зыбью, смешиваются с обычными морскими волнами, их может быть трудно обнаружить невооруженным глазом (особенно вдали от берега), если они не намного больше обычных волн. С точки зрения анализа сигналов зыби можно рассматривать как довольно регулярный (хотя и не непрерывный) волновой сигнал, существующий среди сильного шума (т. Е. Нормальных волн и резких колебаний ).

Навигация [ править ]

Микронезийские мореплаватели использовали волдыри для сохранения курса, когда не было других подсказок, например, в туманные ночи. ^[11]

См. Также [ править ]

• Серфинг

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• «Глобальные прогнозы волн / прибоя» . Surfline .
• «Прогнозы австралийской зыби)» . Береговая охрана .
• «Прогнозирование зыби в Великобритании» . Волшебные водоросли .
• «Прогнозы австралийской зыби» . Морской бриз .
• «Прогнозы австралийской зыби» . Swellnet .
• «Основы волн (как формируются и измеряются волны)» . Стормсерф .
• «Австралийские приборы для измерения раздува» . Буи Waverider . Архивировано из оригинала на 2006-12-10.