第八章海浪觀測(cè)

第八章海浪觀測(cè)主要內(nèi)容海浪概述海浪基本要素目測(cè)海浪測(cè)波儀器簡(jiǎn)介123Phillips共振機(jī)制Miles切流不穩(wěn)定機(jī)制海浪是怎樣生成、發(fā)展的？4JohnWilderMiles(1920.12.01-2008.10.20)1942本、1943碩、1944博1957發(fā)表波浪生成機(jī)制文章OwenMartinPhillips(1930.12.30-2010.10.13)1952本、1955博1957發(fā)表波浪生成機(jī)制文章概述海洋中的波動(dòng)時(shí)間尺度：十分之幾秒--幾天、幾個(gè)月、幾年空間水平尺度：幾厘米--幾千千米恢復(fù)力：表面張力、重力、科氏力5本章涉及的海浪指周期為幾秒到幾十秒的、風(fēng)能量傳輸給海面引起的波動(dòng)現(xiàn)象海浪觀測(cè)的主要對(duì)象：風(fēng)浪、涌浪6由當(dāng)?shù)仫L(fēng)引起且直到觀測(cè)時(shí)仍處于風(fēng)力作用下的海面波浪成長(zhǎng)取決于風(fēng)速、風(fēng)區(qū)、風(fēng)時(shí)7風(fēng)浪風(fēng)區(qū)：速度、方向基本恒定的風(fēng)在一定時(shí)間內(nèi)所歷經(jīng)的海區(qū)長(zhǎng)度風(fēng)時(shí)：速度、方向基本恒定的風(fēng)所吹的時(shí)間8風(fēng)浪外形比較雜亂粗糙，有時(shí)伴有浪花和泡沫，傳播方向大多與風(fēng)向一致外形比較規(guī)則，波面比較光滑，周期大于原來風(fēng)浪周期，且隨傳播距離增加而逐漸增大9涌浪風(fēng)浪離開風(fēng)的作用區(qū)域后，在風(fēng)力甚小或無風(fēng)水域中依靠慣性維持的波浪10風(fēng)前風(fēng)浪和涌浪在淺海傳播時(shí)，由于地形的影響，在海岸與島嶼附近常出現(xiàn)折射、繞射、反射、倒卷和破碎現(xiàn)象傳播過程中波向、波速、波形及其他性質(zhì)都在不斷發(fā)生變化波峰守恒11能量巨大：船舶搖擺顛簸、船速減小、航向偏移，沉船事故，對(duì)航海、捕撈和其他海上作業(yè)危害很大破壞性強(qiáng)：沖擊海岸防護(hù)、港口碼頭、防波堤泥沙搬運(yùn)：海港淤積、航道變淺，影響船只進(jìn)出12海浪觀測(cè)的重要性促進(jìn)混合：攪拌上下層海水，混合水層富營(yíng)養(yǎng)化能源利用：海浪發(fā)電1314日本三菱重工建造的集裝箱船“molcomfort”號(hào)，事故是由“惡劣天氣使船舶從中部斷裂，海水進(jìn)入貨艙”造成的。事故發(fā)生海域當(dāng)時(shí)有高達(dá)6米的強(qiáng)浪15災(zāi)害性海浪－畸形波(freakwave)16觀測(cè)項(xiàng)目：海面狀況、波型、波向、周期、波高利用觀測(cè)值計(jì)算：波長(zhǎng)、波速、部分大波波高觀測(cè)方式：目測(cè)、儀器測(cè)量(波高、波向、周期)觀測(cè)時(shí)間：連續(xù)站：每3小時(shí)一次，2、5、8、11、14、17、20、23時(shí)觀測(cè)大面站：船到站即觀測(cè)同時(shí)應(yīng)觀測(cè)風(fēng)速、風(fēng)向、水深17海浪觀測(cè)的主要項(xiàng)目觀測(cè)風(fēng)浪和涌浪的波面時(shí)空分布及其外貌特征188.1海浪的基本要素一、海浪的基本要素19波長(zhǎng)/波數(shù)周期/頻率振幅波高波速波陡：波高/波長(zhǎng)，表示波形陡峭的程度波齡：波速/風(fēng)速，表示波浪發(fā)展程度的量；波浪初期小，隨波浪成長(zhǎng)逐漸增大諧波振幅波高波長(zhǎng)海面描述－Longuet-Higgins20不同頻率波的合成21海面合成復(fù)雜的實(shí)際海面22上跨零點(diǎn)、下跨零點(diǎn)顯著波峰、波谷海浪統(tǒng)計(jì)特征23實(shí)際海面雜亂無章，同時(shí)存在各種尺度的波浪，無法精確描述在海上固定點(diǎn)連續(xù)觀測(cè)到N個(gè)波高和周期記錄平均波高：所有波高的平均值平均周期：所有周期的平均值平均波高、平均周期24將海上固定點(diǎn)連續(xù)觀測(cè)到的N個(gè)波高和周期記錄，按波高或周期由大到小排列1/p部分大波的平均波高：總個(gè)數(shù)的1/p個(gè)大波波高的平均值，簡(jiǎn)稱為1/p部分大波波高，常用：1/10、1/3(有效波高)Tj：與Hj對(duì)應(yīng)的波的周期1/p部分大波的平均波高251/p部分大波的平均波高、周期與平均波高、周期關(guān)系二、周期、波長(zhǎng)和波速26一個(gè)波的波長(zhǎng)L、波速C與周期T的關(guān)系水深d>=L/2時(shí)：三、波向和波峰線27波向：波浪傳來的方向波峰線：垂直于波向的波峰連線28四、海浪譜一維海浪譜二維海浪譜298.2目測(cè)海浪目測(cè)海浪時(shí)，觀測(cè)員應(yīng)站在船只迎風(fēng)面，以離船身30m(或船長(zhǎng)一半)以外的海面作為觀測(cè)區(qū)域30觀測(cè)內(nèi)容：海況波型波向周期波高一、海面狀況(海況)觀測(cè)31海況等級(jí)海面征狀波高范圍(m)0海面光滑如鏡，或僅有涌浪存在01波紋或涌浪和小波紋同時(shí)存在0-0.12波浪很小，波峰開始破裂，浪花不顯白色而僅呈玻璃色0.1-0.53波浪不大，但很觸目，波峰破碎；有些地方形成白色浪花(白浪)0.5-1.254波浪具有明顯的形狀，到處形成白浪1.25-2.55出現(xiàn)高大波峰，浪花占了波峰上很大面積，風(fēng)開始削去波峰上的浪花2.5-4.06波峰上被風(fēng)削去的浪花，開始沿著波浪斜面伸長(zhǎng)成帶狀，波峰出現(xiàn)風(fēng)暴波的長(zhǎng)波形狀4.0-6.07風(fēng)削去的浪花布滿了波浪斜面，有些地方到達(dá)波谷，波峰上布滿浪花層6.0-9.08稠密的浪花布滿波浪斜面，海面變成白色，只有波谷有些地方?jīng)]有浪花9.0-14.09整個(gè)海面布滿稠密的浪花層，空氣中充滿水滴和飛沫，能見度顯著降低>14.0海況：在風(fēng)力作用下的海面外貌特征3233二、波型觀測(cè)1.波型風(fēng)浪：波型極其不規(guī)則，背風(fēng)面較陡，迎風(fēng)面較平緩，波峰較大，波峰線較短，4~5級(jí)風(fēng)時(shí)，波峰翻倒破碎，出現(xiàn)白浪，波向一般與平均風(fēng)向一致，有時(shí)偏離平均風(fēng)向20?左右涌浪：波型較規(guī)則，波面平坦圓滑，波峰線較長(zhǎng)，無破碎現(xiàn)象波型為風(fēng)浪時(shí)記F波型為涌浪時(shí)記U風(fēng)浪、涌浪并存且具備原有的外貌特征時(shí)：風(fēng)浪、涌浪波高相差不多時(shí)記FU風(fēng)浪波高大于涌浪波高時(shí)記F/U風(fēng)浪波高小于涌浪波高時(shí)記U/F342.波型記法三、

波向觀測(cè)35用羅經(jīng)的方位儀，使其瞄準(zhǔn)線平行于離船較遠(yuǎn)的波峰線，轉(zhuǎn)動(dòng)90?后，使其對(duì)著波浪的來向，羅經(jīng)刻度盤的度數(shù)即為波向海面無波或波向不明時(shí)，記C風(fēng)浪、涌浪同時(shí)存在時(shí)，波向分別觀測(cè)波向分16個(gè)方位36用羅經(jīng)的方位儀，使其瞄準(zhǔn)線平行于離船較遠(yuǎn)的波峰線，轉(zhuǎn)動(dòng)90?后，使其對(duì)著波浪的來向，羅經(jīng)刻度盤的度數(shù)即為波向海面無波或波向不明時(shí)，記C風(fēng)浪、涌浪同時(shí)存在時(shí)，波向分別觀測(cè)1.周期的觀測(cè)觀測(cè)員手持秒表，注視隨海面浮動(dòng)的某一標(biāo)志物(波長(zhǎng)大于船長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)以船身為標(biāo)志物)當(dāng)一個(gè)顯著的波的波峰經(jīng)過此物時(shí)，啟動(dòng)秒表，待相鄰的波峰再經(jīng)過此物時(shí)，關(guān)閉秒表記錄時(shí)間即為波的周期2.平均周期的觀測(cè)測(cè)量11個(gè)波峰經(jīng)過某一標(biāo)志物的時(shí)間，測(cè)量三次，結(jié)果相加除以30，即為平均周期兩次測(cè)量的時(shí)間間隔不得超過1分鐘37四、

周期和平均周期的觀測(cè)根據(jù)觀測(cè)得到的平均周期，計(jì)算100個(gè)波浪所需的時(shí)間(100×平均周期)在此時(shí)間內(nèi)，目測(cè)15個(gè)顯著波(較大的、發(fā)展完好的波浪)的波高取15個(gè)波中10個(gè)較大的波高的平均值作為1/10部分大波波高利用1/10大波波高查波級(jí)表得波級(jí)38五、

部分大波波高的觀測(cè)39波級(jí)波級(jí)波高范圍(m)海浪名稱000無浪1H1/3<0.1H1/10<0.1微浪20.1≤H1/3<0.50.1≤H1/10<0.5小浪30.5≤H1/3<1.250.5≤H1/10<1.5輕浪41.25≤H1/3<2.51.5≤H1/10<3.0中浪52.5≤H1/3<4.03.0≤H1/10<5.0大浪64.0≤H1/3<6.05.0≤H1/10<7.5巨浪76.0≤H1/3<9.07.5≤H1/10<11.5狂浪89.0≤H1/3<14.011.5≤H1/10<18.0狂濤9H1/3≥14.0H1/10≥18.0怒濤將觀測(cè)到的周期代入波長(zhǎng)、波速公式40淺水深水六、

波長(zhǎng)和波速的計(jì)算418.3測(cè)波儀器簡(jiǎn)介一、波浪騎士浮標(biāo)42提供二維方向譜等統(tǒng)計(jì)信息利用衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)1.基本原理采用重力加速度原理進(jìn)行波浪測(cè)量波浪浮標(biāo)隨波面變化作升沉運(yùn)動(dòng)，浮標(biāo)內(nèi)的垂直加速度計(jì)輸出一個(gè)反映波面升沉運(yùn)動(dòng)的變化信號(hào)，處理后可得到波高的各種特征值及其對(duì)應(yīng)的周期43二、SZF2-1型測(cè)波儀1小時(shí)定時(shí)測(cè)量浮標(biāo)在每天24個(gè)整時(shí)進(jìn)行測(cè)量浮標(biāo)內(nèi)的傳感器在正點(diǎn)前的21分鐘加電，傳感器通電后穩(wěn)定3分鐘，工作17分鐘，發(fā)射機(jī)工作1分鐘，之后斷電442.工作方式45波浪浮標(biāo)投放46四、水下測(cè)波裝置水下裝置：隱蔽性好，不易被破壞海面浮標(biāo)：容易丟失通過記錄海水的壓力變化，間接算出海面的波動(dòng)采用流體靜力學(xué)假設(shè)壓力式測(cè)波儀所記錄的曲線隨水深衰減，須做深度訂正多用于淺水區(qū)471.壓力式測(cè)波儀如一個(gè)倒置海底的回聲測(cè)深儀從海底垂直向海面發(fā)射窄幅的水聲脈沖