Рассеяние ветровой волны или « рассеяние зыби » - это процесс, в котором волна, генерируемая погодной системой, теряет свою механическую энергию, передаваемую из атмосферы через ветер. Ветровые волны, как следует из их названия, генерируются ветром, передающим энергию из атмосферы на поверхность океана, капиллярные гравитационные волны играют существенную роль в этом эффекте, «ветровые волны» или «зыбь» также известны как поверхностные гравитационные волны .
Общая физика и теория
Процесс рассеяния ветрового волнения можно объяснить, применяя теорию энергетического спектра таким же образом, как и для формирования ветрового волнения (обычно предполагая, что спектральная диссипация является функцией спектра волн). [1] Однако, хотя даже некоторые из недавних инновационных усовершенствований для полевых наблюдений (например, Баннер и Бабанин и др. [2] [3] ) помогли разгадать загадки поведения при разрушении волн, к сожалению, не было ясного понимание точных теорий диссипации ветрового волнения еще предстоит из-за его нелинейного поведения. С помощью прошлых и настоящих наблюдений и производных теорий физику рассеяния океанской волны можно классифицировать по областям ее прохождения вдоль глубины воды. На глубокой воде рассеяние волн происходит под действием сил трения или сопротивления, таких как противоположно направленные ветры или силы вязкости, создаваемые турбулентными потоками - обычно нелинейные силы. На мелководье поведение рассеяния волн в основном связано с обрушением береговой волны (см. Типы обрушения волн). Некоторые из простых общих описаний рассеяния ветровых волн (определенных Луиджи Кавалери и др. [1] ) были предложены, когда мы рассматриваем только поверхностные волны океана, такие как ветровые волны. Посредством простого, взаимодействия волн с вертикальной структурой верхних слоев океана игнорируются для упрощенной теории во многих предлагаемых механизмах. [1]
Источники рассеивания ветрового волнения
В общем понимании физику диссипации волн можно разделить на категории, рассматривая их источники диссипации, такие как 1) разрушение волны 2) взаимодействие волна-турбулентность 3) модуляция волна-волна соответственно. [1] (описания этой главы ниже также следуют за ссылкой [1] )
1) диссипация за счет «обрушения волн»
Обрушение ветрового волнения в прибрежной зоне является основным источником рассеивания ветрового волнения. Ветровые волны теряют свою энергию на берегу или иногда обратно в океан, когда они разбиваются о берег. (см. дополнительные пояснения -> «Обрушение поверхностных волн океана»)
2) диссипация за счет «взаимодействия волны с турбулентностью»
Как турбулентные ветровые потоки, так и вязкие водовороты внутри волн могут влиять на диссипацию волн. В самом начале понимания вязкость почти не могла влиять на ветровые волны, так что рассеяние волн за счет вязкости также почти не учитывалось. [4] [5] Однако последние модели прогнозирования погоды начинают учитывать «взаимодействие волны и турбулентности» при моделировании волн. [6] До сих пор остается спорным, насколько диссипация, вызванная турбулентностью, вносит вклад в изменение волновых профилей в целом, но недавно были приняты идеи о взаимодействии волн и турбулентности для поверхностных вязких слоев и пограничных слоев волнового дна.
3) диссипация за счет «волновой модуляции»
Волновые взаимодействия могут влиять на диссипацию волн. В ранние эпохи идеи о том, что обрушение коротких волн может забирать энергию у длинных волн посредством модуляции, также были предложены Филлипсом (1963), [7] и Лонгеттом-Хиггинсом (1969) [8] . Эти идеи обсуждались (новые результаты о том, что диссипация за счет взаимодействий между волновыми модуляциями должна быть намного слабее, чем у теории Филлипса) в работах Хассельмана (1971), [9], но в недавнем понимании диссипация этих случаев обычно невелика сильнее, чем диссипация «взаимодействием волны с турбулентностью», когда реализованы разумные передаточные функции модуляции. [10] Большинство случаев диссипации волн происходит из-за этого типа диссипации. [1]
Обрушение волны на поверхности океана
Когда ветровые волны приближаются к прибрежной зоне из глубокой воды, волны меняют свою высоту и длину. Высота волны увеличивается, а длина волны становится короче, поскольку скорость волны уменьшается, когда океанские волны приближаются к берегу. Если глубина воды достаточно мала, гребень волны становится круче, а желоб становится шире и мельче; наконец, океанские волны разбиваются о берег. Движения обрушения волн различаются в зависимости от крутизны берегов и волн, и их можно разделить на три типа. [11] [12]
• Гидравлический выключатель
При более низком уклоне берега волны медленно теряют энергию по мере приближения к берегу. Волны проливают морскую воду на переднюю часть волн, когда они разбиваются.
• Погружной прерыватель
При умеренно крутом береговом склоне волна быстро теряет энергию. Если береговой склон достаточно крутой, гребень волны движется быстрее впадины. Гребень закручивается над фронтом волны, а после гребня опускает морскую воду во впадину. (Погружные молоты хороши для серфинга)
• Пульсирующий выключатель
При очень крутом береговом склоне (для экстремальной крутизны, такой как морские дамбы), если береговая крутизна очень высока, волны не могут достигать критической крутизны, чтобы разбиться. Волны поднимаются по береговому склону и высвобождают энергию назад от берега. На нем никогда не видны разрывы с белой каймой, но в случае экстремальной крутизны, такой как морская дамба, волны разбиваются с белой пеной.
Смотрите также
Внешние ссылки
Рекомендации
- ^ a b c d e f Кавалери, Луиджи; Группа WISE (2006 г.). «Волновое моделирование - современное состояние». Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ Баннер, ML; и другие. (2000). «Вероятность разрушения доминирующих волн на поверхности моря» . Журнал физической океанографии . 30 (12): 3145–3160. Bibcode : 2000JPO .... 30.3145B . DOI : 10.1175 / 1520-0485 (2000) 030 <3145: bpfdwo> 2.0.co; 2 .
- ^ Баннер, ML; и другие. (2002). «Вероятности обрушения доминирующих поверхностных волн на воде конечной постоянной глубины». Журнал геофизических исследований . 106 : 11659–11676. DOI : 10.1029 / 2000jc000215 . hdl : 1885/8979 .
- ^ Джеффри, Х. (1925). «Об образовании волн ветром. II». Труды Королевского общества . A110 : 341–347.
- ^ Сведруп, HU; WHMunk (1947). «Ветер, море и зыбь: теория соотношений для прогнозирования». Отчет гидрографического управления ВМС США (601): 50.
- ^ Толман, HL; Д.Чаликов (1996). «Источники в модели ветрового волнения третьего поколения» . Журнал физической океанографии . 26 (11): 2497–2518. Bibcode : 1996JPO .... 26.2497T . DOI : 10.1175 / 1520-0485 (1996) 026 <2497: stiatg> 2.0.co; 2 .
- ^ Филлипс, OM (1963). «О затухании длинных гравитационных волн короткими обрушивающимися волнами». Журнал гидромеханики . 16 (3): 321–332. Bibcode : 1963JFM .... 16..321P . DOI : 10.1017 / s0022112063000793 .
- ^ Лонгетт-Хиггинс (1969). «Нелинейный механизм генерации морских волн». Труды Лондонского королевского общества . A311 (1506): 371–389. Bibcode : 1969RSPSA.311..371L . DOI : 10,1098 / rspa.1969.0123 . S2CID 121597076 .
- ^ Хазельманн, К. (1971). «О передаче массы и импульса между короткими гравитационными волнами и крупномасштабными движениями». Журнал гидромеханики . 50 : 189–205. Bibcode : 1971JFM .... 50..189H . DOI : 10.1017 / s0022112071002520 .
- ^ Ardhuin, F .; А.Д. Дженкинс (2005). «О влиянии ветра и турбулентности на волну океана». Материалы 15-й Международной конференции по морской и полярной инженерии . III : 429–434.
- ^ Стюарт, Роберт H (2008). Введение в физическую океанографию .
- ^ Открытый университет. Приглашение к океанографии 3-е издание . Jones and Bartlett Publishers.