中文名:海浪mbth:海浪的成因及主要類型，風浪，近岸波，上岸，海浪譜，海浪的成因是發生在海洋中的壹種波浪現象。我們這裏所說的波浪是由風引起的波動，周期為0.5到25秒，波長為幾十厘米到幾百米，壹般浪高為幾厘米到20米，極少數情況下浪高超過30米。波浪是海水的波動。“無風不起浪”、“無風不起浪三尺”這句話沒有錯。其實海上有風無風都會有浪。壹般來說，海浪是指海洋中由風產生的波浪。包括風浪、湧浪和近岸波浪。無風的海面上也會出現湧浪和近岸浪，這大概就是人們所說的“無風三尺浪”的證據，但實際上它們是由別處的風引起的浪傳播的。廣義的海浪還包括由天體引力、海底地震、火山爆發、崩塌滑坡、大氣壓力變化、海水密度分布不均等外力和內力形成的海嘯、風暴潮和內波。都會造成海水大動，這才是上海無風三尺浪的真諦。波浪是海面起伏狀的傳播，是水質點離開平衡位置，周期性振動，沿壹定方向傳播形成的波浪。水質點的振動可以形成動能，海浪的波動可以產生勢能。這兩種能量的累積量是驚人的。在全球海洋中，僅風浪和湧浪的總能量就相當於到達地球外部能量的壹半。波的能量沿著波傳播的方向向前滾動。因此，海浪實際上是能量的波傳播。波浪波動周期從零點幾秒到幾個小時不等，波高從幾毫米到幾十米不等，波長從幾毫米到幾千千米不等。風浪、湧浪、近岸浪的浪高幾厘米到20多米，最大可達30多米。風浪是風的作用產生的波浪，可以同時出現許多不同高度和長短的波浪。波面陡，波長短。波峰附近常有波浪或泡沫碎片，傳播方向與風向壹致。壹般來說，同壹狀態的風作用在海面的時間越長，海域面積越大，風浪越大；風浪達到全增長，就不會繼續增大。風浪離開風吹區域後形成的波浪稱為湧浪。根據浪高，風浪通常分為10級，湧浪分為5級。0級無浪無湧，海平面如鏡；5級浪和6級浪，對應4級湧浪，浪高2-6米；7級狂浪、8級狂浪、9級狂浪對應5級巨浪，浪高6.1m ~ 10m。海洋波動是海水運動的重要形式之壹。從海面到海洋內部，到處都有波動。在海洋中，如果海面寬闊、風速大、風向穩定、吹的時間長，海浪壹定很強，如南北半球西風帶洋面上不斷翻滾的海浪；南北半球的赤道無風區和副熱帶無風區雖然是開放的，但是因為風力弱，風向不確定，所以波浪壹般都比較小。風浪的主要類型是指在風的直接作用下的水面波動。湧浪是指風停或風速風向突然改變後，風區儲存的波浪和出風區的波浪。近岸波浪近岸波浪是指由外海的風浪或湧浪傳遞到海岸附近的波浪，波浪的性質因地形而改變。波浪是壹種非常復雜的現象，因此研究波浪對於海洋工程建設、海洋開發、交通運輸、海洋捕撈和水產養殖都具有重要意義。到達岸邊的波浪在深海中的傳播速度總是比在淺海中快。越靠近海岸，海水越淺，波速越慢。如果用虛線AB表示深水區和靠近海岸的淡水區的界限，那麽在深水區，1，2，3……，11秒內波浪行進的距離更長(由於其速度高)，所以線與線之間的間隔更大；淺水區也需要1秒，波浪通過的距離短，說明線與線之間的間隔小。因此，波浪的波長和傳播方向在分界線處發生了變化，波浪的傳播方向逐漸與海岸線垂直。隨著海水越靠近海岸越淺，海浪的速度逐漸變慢，這使得其傳播方向越來越垂直於海岸線。當我們站在面向大海的海岸上時，我們感覺海浪是來迎接妳的，因為它們是垂直於海岸線壹排排地來的。在遠離海岸的海洋深處，海浪的方向取決於海風和海流的方向，並不壹定面對觀察者。海浪譜海浪可以看作是無限多個不同振幅、頻率、方向和無序相位的分量波。這些組成波形成了波譜。這個譜描述了海洋波浪能量相對於各組成波的分布，所以也叫“能量譜”。它用於描述波的內部能量相對於頻率和方向的分布。為了研究海浪這壹重要概念。壹般認為海浪是由許多隨機的正弧波組成的。不同頻率的分量波具有不同的振幅，因此具有不同的能量。有壹個圓頻率為ω的函數S(ω)。在ω到(ω+ω)的區間內，海浪各分量波的能量與S(ω)ω成正比，所以S(ω)代表這些分量波的能量，它代表能量對頻率的分布，所以稱為海浪的譜或能譜。同樣，如果有壹個函數S(ω，θ)包含了分波的圓頻率ω和波向θ，並且每個分波的能量在ω到(ω+ω)和θ到(θ+ω)的區間內與S(ω，θ)ψθ成正比，那麽S(ω，θ)就代表了能量對ω和θ的分布，稱為海浪的方向譜。將分量波的圓頻率轉換為波數，即可得到波數譜；將ω改為2π(頻率為周期的倒數)，得到用表示的頻譜s()數。上述譜統稱為海浪譜。海浪譜不僅顯示了海浪內部由哪些海浪組成，還給出海浪的外部特征。比如，理論上可以從頻譜中計算出各種特征波的高度和平均周期，利用這些特征量再加上波高和周期的概率密度分布，就可以估計出海浪出現時形成了哪些不同高度和長度的波浪。如果已知波浪的譜，就可以描述波浪的內部和外部結構，所以譜是壹個非常有用的概念。其實海浪的研究(包括很多應用問題)都和大川譜有關。頻譜海浪攻擊燈塔在海浪頻譜中，海浪頻譜是研究最廣泛的，因為它的應用最廣泛，也最容易獲得。但是沒有基於嚴格理論的風浪譜。通常p為5 ~ 7，q為2 ~ 4，在正的量a和b之內，除了數值常數外，還包括風的因素(如風速、風的時間、風的區域)或波的因素(如特征波高、周期)作為參數，所以譜的形狀隨風的狀態或相應波的狀態而變化。以上兩項乘積表示的頻譜在ω=0時為0，在0附近的值很小。當ω增大時，突然增大到壹個峰值，然後隨著頻率的增大迅速減小，當ω→∞時趨於0。這表明，雖然理論上頻譜的頻率範圍是0 ~∞，但其有效部分集中在峰值附近。海面波浪較多，顯著部分的周期範圍很小，與理論結果相對應。隨著風速的增大，譜曲線下的面積(因而風浪的總能量或波高)增大，峰值沿低頻方向移動，表明風浪顯著部分的周期增大。從波面記錄估算波譜是獲得波譜的主要途徑。傳統上，譜估計方法分為相關函數法和快速傅裏葉變換算法。在電子計算機上計算時，後者比前者節省時間。20世紀70年代，引入了最大熵等方法。據此可以從少量數據中估計出高分辨率的譜，適用於非平穩波狀態。皮爾遜-莫斯科維奇譜(Pearson-Moscovici spectrum)是20世紀60年代中期提出的，在海浪研究中已經提出。它是通過對充分發展的風浪記錄進行譜估計和曲線擬合而得到的，並已被大多數觀測所證實。20世紀60年代末，根據“北海聯合海浪計劃”(JONSWAP)，對海浪進行了系統觀測，提出了壹個譜，它包括分別反映能級、峰值的頻率尺度和譜形的五個參數。這個頻譜表明風浪處於增長狀態，它有非常尖銳和高的峰值。Jonswap譜分析結果表明，風浪的能量主要通過頻譜的中頻部分傳遞，然後通過波與波之間的非線性相互作用傳遞到頻譜的高頻和低頻部分。反映這種能量交換的光譜具有穩定的形式。利用這壹特性，可以將譜隨風的變化轉化為其參數隨風的變化，從而為波浪計算或預報提供了另壹種方法。有壹種針對巨浪的半經驗方法，假設波浪的某些外部特征反映了其內部結構，海浪譜可以由觀測到的波高與周期的關系推導出來。早在50年代初，工程上經常使用的紐曼譜和布雷西·奈德爾譜就屬於這壹類。前者是p=6，q = 2。後者p=5，q=4。壹些蘇聯作者使用具有上述形式的頻譜，然後從觀測數據中確定常數和參數。20世紀50年代末至60年代中期，我國學者試圖從風浪能量的攝入和消耗導出譜，包括以風元素為參數，從而描述譜相對於風時間和風面積的增長。從這些譜計算波高和周期是很方便的，但推導中涉及的能量計算仍是半經驗的。除理論意義外，方向譜的研究還可用於大面積波浪的預報、波浪的繞射和折射、水工建築物的受力和振動、船舶、浮標等浮體對波浪的響應以及泥沙運動的研究。但由於觀測和數據處理的困難，對波向譜的研究遠不如對頻譜的研究。壹般取方向譜為S(ω，θ) = S(ω) G(ω，θ)，其中S(ω)為譜，G(ω，θ)為反映能量相對於方向分布的函數，θ為海洋波浪的主方向(壹般取平均風向)與組成波浪的波向之間的夾角。G(ω，θ)必須通過觀測得到，最簡單的形式是cos。通常取2 ~ 4，能量越大，越集中在主波方向附近。對於淺水波來說，比較大。為了測量方向譜，可以用幾個與海水接觸的探頭組成儀器陣列，記錄的項目可以是波面高度或水質點的速度、加速度、壓力或作用力。為了經濟起見，通常以合理的幾何圖形布置盡可能少的探頭，以獲得最大的分辨率。還可以用壹個尺寸遠小於波浪波長並隨波面移動的自由浮標，記錄波面的高度、波面兩個方向的斜率和曲率。還可以記錄壓力、水質點流速或波浪力。此外，航空遙感和衛星遙感也可以確定方向譜。獲得海浪譜的方法主要有兩種:壹種是通過對觀測得到的波高和周期進行推導，得到半理論半經驗形式的海浪譜；二是利用這種在固定點測得的波面隨時間變化的記錄，計算相關函數，然後求譜。還有建立能量平衡方程求譜的方法。目前獲得的光譜主要基於觀測數據。但由於目前缺乏準確的風浪觀測數據，已提出的壹些譜彼此差異較大。分析和研究海浪譜是非常重要的。根據海浪譜，可以合理設計防波堤和海面對雷達的反射部分。利用海浪譜，我們可以計算波高和周期等波浪要素。目前，壹些國家已經根據波譜設計了自動控制系統，以糾正軍艦上武器發射的偏差。