Свелл (океан) - Swell (ocean)

"Ocean Swell" перенаправляется сюда. О породистых скаковых лошадях см. Ocean Swell.

Разрушение волн зыби на Hermosa Beach, Калифорния

А опухать, в контексте океан, море или же озеро, представляет собой серию механические волны которые распространяются вдоль границы раздела между водой и воздухом и поэтому часто называются поверхностные гравитационные волны. Эти поверхностные гравитационные волны не являются ветровые волны, которые порождаются непосредственными локальными ветер, но вместо этого генерируются отдаленными погодные системы, где ветер дует в течение некоторого времени над принести воды. В более общем плане зыбь состоит из генерируемых ветром волн, на которые в это время не влияет или почти не влияет местный ветер. Волны зыби часто имеют длительную длина волны, но это зависит от размера, силы и продолжительности погодной системы, ответственной за волну, а также от размера водоема. Длина волны зыби также меняется от события к событию. Иногда в результате сильнейших штормов возникают волны длиной более 700 м. Направление зыби - это линия или курс, по которому движется зыбь. Она измеряется в градусах (как по компасу) и часто обозначается в общих направлениях, с которых она исходит, например, в северо-северо-западном или юго-западном зыби. Волны имеют более узкий диапазон частоты и направлениях, чем локально генерируемые ветровые волны, потому что они разошлись из области их генерации и рассеянный. Волны принимают более определенную форму и направление и менее случайны, чем локально генерируемые ветровые волны.

Формирование

Набухать рядом Lyttelton Harbour, Новая Зеландия

Большие буруны, наблюдаемые на пляже, могут быть результатом удаленных погодных систем на определенном расстоянии от непрерывного океана. Пять факторов влияют на формирование ветрового волнения^[1] который превратится в волну океана:

• Скорость ветра или сила относительно скорости волны - 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
• Непрерывное расстояние открытой воды, над которым дует ветер без значительного изменения направления (называемое принести )
• Ширина области, затронутой выборкой
• Продолжительность ветра - время, в течение которого ветер дует в данной области.
• Глубина воды

Все эти факторы работают вместе, чтобы определить размер ветровых волн:

• Высота волны (из впадина к гребень )
• Длина волны (от гребня к гребню)
• Период волны (временной интервал между прибытием последовательных гребней в стационарную точку)
• Распространение волн направление

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

Полностью развитое море имеет максимальный размер волны, теоретически возможный для ветра определенной силы, продолжительности и силы ветра. Дальнейшее воздействие этого специфического ветра могло вызвать только потерю энергии из-за разрушения вершин волн и образования «белых шапок». Волны в данной области обычно имеют разную высоту. Для сводок погоды и для научного анализа статистики ветровых волн их характерная высота за определенный промежуток времени обычно выражается как значительная высота волны. Эта цифра представляет собой среднюю высоту наивысшей одной трети волн за данный период времени (обычно выбираемый где-то в диапазоне от 20 минут до двенадцати часов) или в конкретной системе волн или штормов. Значительная высота волны также является величиной, которую «обученный наблюдатель» (например, из экипажа судна) оценил бы на основе визуального наблюдения за состоянием моря. Учитывая изменчивость высоты волн, самые большие отдельные волны, вероятно, будут несколько меньше, чем в два раза превышающей зарегистрированную высоту значительной волны для конкретного дня или шторма.^[2]

Фазы поверхностной волны океана: 1. Волновой гребень, когда водные массы поверхностного слоя движутся горизонтально в том же направлении, что и распространяющийся волновой фронт. 2. Падающая волна. 3. Желоб, по которому водные массы поверхностного слоя движутся горизонтально в направлении, противоположном направлению волнового фронта. 4. Восходящая волна.

Источники ветрового волнения

Пересечь море из мелководье зыбь возле Китового маяка (Phare des Baleines), Иль-де-Ре

Ветровые волны порождаются многими видами возмущений, например: сейсмический события, гравитация и пересекающий ветер. Возникновение ветровых волн инициируется возмущениями поля бокового ветра на поверхности воды. Два основных механизма формирования поверхностных волн ветрами ( Механизм Майлза-Филлипса ) и другие источники (например, землетрясения) формирования волн могут объяснить генерацию ветровых волн.

Однако если установить ровную водную поверхность (Шкала Бофорта 0) и резкие боковые потоки ветра на поверхности воды, то генерацию поверхностных ветровых волн можно объяснить двумя механизмами, которые инициируются нормальными колебаниями давления турбулентных ветров и параллельными сдвиговыми ветровыми потоками.

Генерация поверхностных волн ветрами

Механизм волнообразования

От «ветровых колебаний»: Образование ветровой волны начинается с случайного распределения нормального давления, действующего на воду со стороны ветра. По этому механизму, предложенному О.М. Филлипс 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:

1. Изначально вода находится в состоянии покоя;
2. Вода невязкий;
3. Вода безвихревый;
4. Нормальное давление на водную поверхность от турбулентного ветра распределено случайным образом; и
5. Корреляциями между движениями воздуха и воды пренебрегают.^[3]

Из "сил сдвига ветра": В 1957 г. Джон В. Майлз предложил механизм генерации поверхностных волн, который инициируется турбулентными сдвиговыми потоками ветра, ${\displaystyle Ua(y)}$, основанный на невязком Уравнение Орра-Зоммерфельда. Он обнаружил, что передача энергии от ветра к поверхности воды в виде скорости волны, ${\displaystyle c}$, пропорциональна кривизне профиля скорости ветра, ${\displaystyle Ua''(y)}$, в точке, где средняя скорость ветра равна скорости волны (${\displaystyle Ua=c}$, куда ${\displaystyle Ua}$ - средняя скорость турбулентного ветра). Поскольку профиль ветра, ${\displaystyle Ua(y)}$, является логарифмической по отношению к поверхности воды, кривизна, ${\displaystyle Ua''(y)}$, имеет отрицательный знак в точке ${\displaystyle Ua=c}$. Это соотношение показывает, как ветровой поток передает свою кинетическую энергию поверхности воды на их границе раздела, и, следовательно, возникает скорость волны, ${\displaystyle c}$. Скорость роста можно определить по кривизне ветров (${\displaystyle (d^{2}Ua)/(dz^{2})}$) на высоте поворота (${\displaystyle Ua(z=z_{h})=c}$) для данной скорости ветра, ${\displaystyle Ua}$.

Предположения этого механизма:

1. 2-мерный параллельный сдвиговый поток, ${\displaystyle Ua(y)}$.
2. Несжимаемая, невязкая вода / ветер.
3. Неповоротная вода.
4. 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 волн 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 значения волн. В конечном итоге скорость волны становится выше, чем у бокового ветра (Пирсон и Московиц).^[7]

Условия, необходимые для полностью развитого моря при заданной скорости ветра, и параметры возникающих волн
Ветровые условия			Размер волны
Скорость ветра в одном направлении	Принести	Продолжительность ветра	Средний рост	Средняя длина волны	Средний период и скорость
19 км / ч (12 миль / ч)	19 км (12 миль)	2 ч	0,27 м (0,89 футов)	8,5 м (28 футов)	3,0 с, 2,8 м / с (9,3 фут / с)
37 км / ч (23 миль / ч)	139 км (86 миль)	10 часов	1,5 м (4,9 футов)	33,8 м (111 футов)	5,7 с, 5,9 м / с (19,5 фут / с)
56 км / ч (35 миль / ч)	518 км (322 миль)	23 ч	4,1 м (13 футов)	76,5 м (251 футов)	8,6 с, 8,9 м / с (29,2 фут / с)
74 км / ч (46 миль / ч)	1,313 км (816 миль)	42 ч	8,5 м (28 футов)	136 м (446 футов)	11,4 с, 11,9 м / с (39,1 фут / с)
92 км / ч (57 миль / ч)	2,627 км (1,632 миль)	69 часов	14,8 м (49 футов)	212,2 м (696 футов)	14,3 с, 14,8 м / с (48,7 фут / с)

• (Примечание: большинство скоростей волн, рассчитанных 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 8,5 м длинная волна должна быть либо на мелководье, либо между глубокой и мелкой водой.)

Рассеивание

Диссипация энергии зыби намного сильнее для коротких волн, поэтому зыби от далеких штормов представляют собой 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

Волны часто возникают из-за тысяч штормов. морские мили вдали от пляжа, где они обрываются, и распространение самых длинных волн ограничено только 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, образующие зыби, и избавиться от них. нарезать когда они едут к побережью. Волны, порождаемые штормовыми ветрами, имеют одинаковую скорость, группируются и перемещаются друг с другом, в то время как другие, движущиеся со скоростью даже на долю метра в секунду медленнее, будут отставать и в конечном итоге прибудут на много часов позже из-за пройденного расстояния. Время распространения от источника т пропорционально расстоянию Икс деленный на период волны Т. В глубокой воде это ${\displaystyle t=4\pi X/(gT)}$ где g - ускорение свободного падения. Для шторма, расположенного на расстоянии 10 000 км, набухает с периодом Т= 15 с наступят через 10 дней после шторма, затем через 17 часов последуют 14 с, и так далее.

Это рассеивает появление волн, сначала длительные периоды с уменьшением пиковый период волны с течением времени может использоваться для определения расстояния, на котором возникли волны.

В то время как состояние моря во время шторма частотный спектр с более или менее одинаковой формой (то есть четко определенным пиком с доминирующими частотами в пределах плюс или минус 7% от пика), спектры зыби становятся все более и более узкими, иногда до 2% или меньше, по мере того, как волны расходятся 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.

Прибрежные воздействия

Как и для всех волн на воде, поток энергии пропорционален квадрату высоты значительной волны, умноженной на групповая 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. Также амплитуда инфрагравитационные волны резко увеличивается с периодом волны (примерно квадрат периода), что приводит к более высокому разбег.

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 (на более глубокой воде), чем волны местного происхождения.^[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. Из анализ сигналов с точки зрения зыби можно рассматривать как довольно регулярный (хотя и не непрерывный) волновой сигнал, существующий среди сильного шума (т. е. нормальных волн и нарезать ).

Навигация

Основная статья: Стик-карта Маршалловых островов

Свелл использовали Микронезийский навигаторам, чтобы сохранить курс, когда другие подсказки не были доступны, например, в туманные ночи.^[11]

Смотрите также

• Серфинг

Рекомендации

1. Янг, И. Р. (1999). Ветровые волны океана. Эльзевир. ISBN  0-08-043317-0. п. 83.
2. Вайсе, Ральф; фон Шторх, Ганс (2009). Изменение морского климата: океанские волны, штормы и нагоны в перспективе изменения климата. Springer. п. 51. ISBN  978-3-540-25316-7.
3. Филлипс, О. М. (1957), "О генерации волн турбулентным ветром", Journal of Fluid Mechanics 2 (5): 417–445, Bibcode:1957JFM ..... 2..417P, Дои:10.1017 / S0022112057000233
4. Майлз, Дж. У. (1957), "О генерации поверхностных волн сдвиговыми потоками", Journal of Fluid Mechanics 3 (2): 185–204, Bibcode:1957JFM ..... 3..185M, Дои:10.1017 / S0022112057000567
5. «Глава 16 - Океанские волны (для примера)».
6. Хассельманн К., Т. Barnett, E. Bouws, H. Carlson, D.E. Картрайт, К. Энке, Дж. Юинг, Х. Дженапп, Д.Э. Hasselmann, P. Kruseman, A. Meerburg, P. Mller, D.J. Ольберс, К. Рихтер, В. Селл и Х. Уолден. Измерения нарастания ветрового волнения и затухания зыби в рамках Совместного проекта по изучению волн в Северном море (JONSWAP) 'Ergnzungsheft zur Deutschen Hydrographischen Zeitschrift Reihe, A (8) (Nr. 12), p.95, 1973.
7. Пирсон, Уиллард Дж., Мл. И Московиц, Лайонел А. Предлагаемая спектральная форма для полностью освоенных ветровых морей, основанная на теории подобия С. А. Китайгородского, Journal of Geophysical Research, Vol. 69, стр.5181-5190, 1964.
8. Наблюдение за распространением волн через океаны, Ф. Ардуин, Ф. Коллард и Б. Чапрон, 2009: Geophys. Res. Lett. 36, L06607, Дои:10.1029 / 2008GL037030
9. Направленная запись волн от далеких штормов, W.H. Munk, G.R. Miller, F.E.Snodgrass, N.F. Barber, 1963: Phil. Пер. Рой. Soc. Лондон A 255, 505
10. "Основы волн (Stormsurf)".
11. "Дома". www.penn.museum.

внешняя ссылка

• "Глобальные прогнозы волн / прибоя". Surfline.
• «Прогнозы австралийского свелла)». Coastalwatch.
• "Прогноз зыби Великобритании". Волшебные водоросли.
• "Прогнозы австралийской зыби". Морской бриз.
• "Прогнозы австралийской зыби". Swellnet.
• «Основы волн (как формируются и измеряются волны)». Stormsurf.
• "Австралийские приборы для измерения раздува". Буи Waverider. Архивировано из оригинал на 2006-12-10.