福建船政職院航海氣象與海洋學(xué)課件08海浪

1§8海浪2目錄8.1

概述

8.2

群波和駐波8.3

風(fēng)浪、涌浪和近岸浪8.4有效波高和合成波高8.5船舶海洋水文氣象觀測與編報38.1概述一、波浪（Wave）要素4

1、波峰――波面的最高點(diǎn)。

2、波谷――波面的最低點(diǎn)。

3、波高（H）――相鄰波峰與波谷之間的垂直距離。

4、波幅（a）――波高的一半，a=H/2。

5、波長（λ）――相鄰兩波峰或相鄰兩波谷之間的水平距離。

6、波陡（δ）――波高與波長之比，δ＝H/λ。

7、周期（T）――相鄰的兩波峰或兩波谷相繼通過一固定點(diǎn)所需要的時間。

8、頻率（f）――周期的倒數(shù)，f＝1/T。

9、波速（C）――波峰或波谷在單位時間內(nèi)的水平位移（波形傳播的速度），C＝λ/T。

10、波峰線――通過波峰垂直于波浪傳播方向的線。

11、波向線――波形傳播的方向線，垂直于波峰線。5二、波浪的分類

1、按周期或頻率分類海浪大部分能量集中在周期4～12s的范圍內(nèi)，屬重力波范圍。最常見的重力波是風(fēng)浪和涌浪。

2、按成因分類

1）風(fēng)浪和涌浪

風(fēng)浪（WindWave）

――風(fēng)的直接作用引起的水面波動（無風(fēng)不起浪）。涌浪（Swell）

――風(fēng)浪離開風(fēng)區(qū)傳至遠(yuǎn)處，或者風(fēng)區(qū)里風(fēng)停息后所遺留下來的波浪（無風(fēng)三尺浪）。

興風(fēng)作浪62）海嘯（Tsunami，又稱地震波）

――由于海底或海岸附近發(fā)生地震或火山爆發(fā)所形成的海面異常波動。特點(diǎn)：周期長，波長長，波速大，在外海坡度很小，當(dāng)傳至近岸時，波高劇增。世界上常受海嘯襲擊的國家和地區(qū)有：

日本、菲律賓、印度尼西亞、加勒比海、墨西哥沿岸、地中海。3）風(fēng)暴潮（StormSurge）

――由強(qiáng)烈的大氣擾動（強(qiáng)臺風(fēng)、強(qiáng)鋒面氣旋、寒潮大風(fēng)等）引起的海面異常上升現(xiàn)象。主要原因：海面氣壓分布不均勻――氣壓每下降1hPa，海面約升高1cm；

大風(fēng)――風(fēng)暴向岸邊移動時，受強(qiáng)風(fēng)牽引海水涌向岸邊，海面升高，升高幅度與風(fēng)速的平方成正比。

我國風(fēng)暴潮多發(fā)區(qū)：

萊州灣、渤海灣、長江口至閩江口、汕頭至珠江口、雷州灣和海南島東北角，其中萊州灣、汕頭至珠江口是嚴(yán)重多發(fā)區(qū)。

7風(fēng)暴潮84）內(nèi)波（InternalWave）

――密度相差較大的水層界面上的波動。對航行船舶的影響：死水和共振。船舶克服“死水”和“共振”的有效方法是改變航速和航向。

3、按水深相對于波長的大小分類

1）淺水波（λ?水深h，水深hλ/20）

C＝（gh）1/2

波速與波長和周期無關(guān)，只取決于水深。

2）深水波（水深h≥λ/2）波速與波長和周期有關(guān)，與水深無關(guān)。

9三、水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動與波形傳播的關(guān)系

1、深水波

水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡是圓，海表面的水質(zhì)點(diǎn)的軌跡直徑等于波高，水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動到最高位置時，運(yùn)動方向與波向一致，運(yùn)動到最低位置時，運(yùn)動方向與波向相反。波面上每個水質(zhì)點(diǎn)在自己的平衡位置附近完成一次圓周運(yùn)動時，整個波形就向前傳播一個波長的距離。

102、淺水波水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡是橢圓，水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動到最高位置時，運(yùn)動方向與波向一致，運(yùn)動到最低位置時，運(yùn)動方向與波向相反。波面上每個水質(zhì)點(diǎn)在自己的平衡位置附近完成一次橢圓周運(yùn)動時，整個波形就向前傳播一個波長的距離。

118.2群波和駐波

一、群波（GroupofWaves）

――當(dāng)許多周期和波長不同但很相近的簡單波動沿著同一方向傳播時，在固定地點(diǎn)，有時出現(xiàn)振幅大的波動，有時出現(xiàn)振幅小的波動，兩者相繼交錯發(fā)生，看起來大波是一群一群出現(xiàn)的，稱之為群波。深水波的群速為相速的一半；淺水波的群速與相速相同。12二、駐波（StandingWave）

――波面隨振幅的變化作上、下振動而波形不向前傳播的波浪。當(dāng)兩列振幅、波長、周期相近但傳播方向相反的前進(jìn)波相疊加時，會形成駐波。

在海濱峭壁處常出現(xiàn)駐波；熱帶氣旋眼區(qū)的“金字塔”浪亦屬于駐波。

13Force12:Cyclone64+knots148.3風(fēng)浪、涌浪和近岸浪

一、風(fēng)浪（WindWave）

1、特征

――周期短、波峰尖、波長短、波峰線短，波面不規(guī)則，易破碎。

方向（指來向）與風(fēng)向較為一致。

2、影響風(fēng)浪成長的三要素

1）幾個概念

①風(fēng)區(qū)――風(fēng)速、風(fēng)向近似一致的風(fēng)作用的海域范圍。沿風(fēng)吹的方向，從風(fēng)區(qū)上沿至下沿的距離，稱為風(fēng)區(qū)長度或風(fēng)程。

②風(fēng)時――近似一致的風(fēng)速和風(fēng)向連續(xù)作用于風(fēng)區(qū)的時間。

15興風(fēng)作浪162）風(fēng)速、風(fēng)時、風(fēng)區(qū)與風(fēng)浪成長的關(guān)系――風(fēng)浪的三種狀態(tài)

①過渡狀態(tài)――風(fēng)區(qū)內(nèi)各點(diǎn)波浪要素隨風(fēng)吹刮時間增加而增長（尤指波高）。因此，在過渡狀態(tài)，風(fēng)時長短決定風(fēng)浪的成長，風(fēng)時越長，波高越大。

②定常狀態(tài)――

隨風(fēng)時的不斷延長，風(fēng)區(qū)內(nèi)離風(fēng)區(qū)上沿較近的點(diǎn)上的浪高不再增長，這些點(diǎn)上的浪即進(jìn)入定常狀態(tài)。處于定常狀態(tài)的風(fēng)浪的波高取決于該點(diǎn)的

風(fēng)程長短。

17③充分成長狀態(tài)――風(fēng)區(qū)、風(fēng)時無限時，風(fēng)浪成長到一定程度后停止發(fā)展（并變得不穩(wěn)定，破碎），這種狀態(tài)即為充分成長狀態(tài)。風(fēng)區(qū)、風(fēng)時無限的情況下，風(fēng)速越大，處于充分成長狀態(tài)的風(fēng)浪波高越大，因此，充分成長的風(fēng)浪波高取決于風(fēng)速。對于給定的風(fēng)速，風(fēng)浪要達(dá)到充分成長狀態(tài)，風(fēng)時需不低于某一值，風(fēng)區(qū)長度也不低于某一值，這就是對應(yīng)于該風(fēng)速的最小風(fēng)時和最小風(fēng)區(qū)。

183、淺水中風(fēng)浪的成長

風(fēng)速、風(fēng)時、風(fēng)區(qū)相同時，淺水區(qū)的風(fēng)浪尺寸比深水區(qū)的小得多。

二、涌浪（Swell）

1、特征

――波形規(guī)則，波峰圓滑，波長長，波峰線長，周期長，移速快。

方向（來向）與海面實(shí)際風(fēng)向無關(guān)，兩者間可成任意角度。

2、傳播特性

――波長大的衰減慢，波長小的衰減快，隨著傳播距離的增加，波高逐漸降低，周期不斷增大，波長增加。

19三、近岸浪

1、波向的改變

――折射，使波峰線逐漸趨于與等深線平行，即波峰平行于海岸線。

――繞射，波浪繞過障礙物進(jìn)入被障礙物遮蔽的水域。

――反射。

2、波高變化

――波浪進(jìn)入開敞海岸淺水區(qū)時，波高增大，波長變短，

波陡增加，易翻卷破碎。

――波浪繞射進(jìn)入海灣時，波高降低。

――岬角地形處的波高比凹陷處的高。

20折射折射繞射2122崩波激波卷波23破波24四、其它因素對波高的影響

1、波流效應(yīng)

流速2～3kn，風(fēng)速10～15m/s時，波浪去向與海流方向相反或接近相反時：波高增加最大，增幅達(dá)20％～30％。波浪去向與海流運(yùn)動方向相同時：波高降低，波長增加。

2、水、氣溫差

Tw－Ta＝1℃，波高增加5％；

Tw－Ta＝2℃，波高增加10％；

Tw－Ta＝10℃，波高增加50％；

258.4有效波高和合成波高

一、幾種常用的統(tǒng)計波高

1、平均波高

――連續(xù)觀測幾個波，取所有波高的平均值。

平均H＝∑Hi/n

2、有效波高

部分大波的平均波高――將連續(xù)觀測到的波高按大小排列起來，并就其中最高的一部分波高計算平均值。

例如：如果共觀測1000個波，將這些波高按從大到小的順序排列起來，取其中波高最大的100列波高計算平均波高，得到1/100大波平均波高，記為H1/100。同理，有H1/1000、H1/10、H1/3。其中，H1/3稱為有效波高，波浪預(yù)報圖上的波高即為有效波高。

263、合成波高

――風(fēng)浪波高與涌浪波高的合成，

HE＝（Hw2+Hs2）1/2

公式中：Hw――平均顯著風(fēng)浪波高；

Hs――平均顯著涌浪波高。波浪分析圖上的波高為合成波高。

二、有效波高與其它統(tǒng)計波高的關(guān)系

設(shè)有效波高H1/3＝1m，則平均H＝0.63m

H1/10＝1.27m

H1/100＝1.61mH1/1000＝1.94m278.5船舶海洋水文氣象觀測與編報一、概述

1、觀測項(xiàng)目

氣象項(xiàng)目：海面有效能見度、云、天氣現(xiàn)象、風(fēng)、氣壓、空氣溫度和濕度等。水文項(xiàng)目：海浪、表層海水溫度、表層海水鹽度、海發(fā)光和鉛直海水溫度等。

2、觀測時次

常規(guī)觀測：主要項(xiàng)目每天在世界時00、06、12、18時觀測，測表層海水鹽度的水樣每天06時采集一次，鉛直海水溫度每天

00、12世界時觀測，海發(fā)光在每天天黑后進(jìn)行。加密觀測：出現(xiàn)惡劣天氣時，氣壓、風(fēng)、海浪等項(xiàng)目每小時測一次。

3、觀測程序

每次觀測在正點(diǎn)前30min開始至正點(diǎn)結(jié)速，氣象項(xiàng)目觀測在正點(diǎn)前

15min內(nèi)進(jìn)行，氣壓應(yīng)在接近正點(diǎn)時觀測。

28二、海面有效能見度的觀測

1、海面能見度（Visibility）的概念

――在海上，正常目力所能見到的最大水平距離，單位km或nmile。

2、影響海面能見度的因子

――霧是影響海面能見度最主要的因子。

――沙塵暴、煙、雨、雪、低云等。

3、能見度等級術(shù)語

――能見度低劣（BAD）（0～2級）

――能見度不良（POOR）（3～4級）

――能見度中等（MODERATE）（5～6級）

――能見度良好（GOOD）（7級）

――能見度很好（VERYGOOD）（8級）

――能見度極好（EXCELLENT）（9級）

29三、云的觀測

1、注意事項(xiàng)：應(yīng)盡量選擇在能看見全部天空和水天線的位置上進(jìn)行觀測；如陽光較強(qiáng)，需戴黑色眼鏡；夜間觀測應(yīng)避開較強(qiáng)燈光進(jìn)行。

2、特殊情況的記錄：

霧――全天無法辯明，總云量、低云量記10，低云欄記“三”；部分天空可辨，總云量、低云量記10，低云欄記“”加可見云狀。

4、海面能見度觀測的注意事項(xiàng)

1）觀測方法：根據(jù)水天線的清晰程度。

2）注意事項(xiàng)：夜間觀測時，應(yīng)先在黑暗處停留至少5分鐘，待眼睛適應(yīng)后進(jìn)行觀測。

應(yīng)選擇在船上較高、視野開闊的地方（夜間應(yīng)站在不受燈光影響處）。

3）數(shù)據(jù)記錄：取一位小數(shù)，不足0.1記為0.0，單位km。夜間無法觀測時，記為“－”。

30霾――全天無法辯明，總云量、低云量記－，低云欄記“∞”；部分天空可辨，總云量、低云量記－，低云欄記“∞”加可見云狀。

夜間無月光時，若不能判斷云狀，估計天空被遮蔽而看不到星光的那部分作為總云量，云狀、低云量欄記“－”。四、天氣現(xiàn)象的觀測

1、觀測方法：現(xiàn)在天氣現(xiàn)象是在定時觀測時所觀測到的天氣現(xiàn)象，過去天氣現(xiàn)象是在定時觀測之間六小時內(nèi)所觀測到的天氣現(xiàn)象。

2、天氣現(xiàn)象的符號：

霾――“∞”；輕霧――“＝”；雷暴――“”；龍卷――“][”；霧――“三”；毛毛雨――“，”；雨――“”；雪――“*”；雨夾雪――“”；陣雨――“”；陣雪――“*”；陣性雨夾雪――“”；冰雹――“”；雷雨――“”

31五、風(fēng)的觀測

1、觀測儀器：手持測風(fēng)儀；綜合數(shù)字氣象儀。

2、注意事項(xiàng)：應(yīng)選擇在船上四周無障礙、不擋風(fēng)處，風(fēng)向傳感器的0°應(yīng)與船頭一致。

3、數(shù)據(jù)記錄：風(fēng)向以度（°）為單位，取整數(shù)，風(fēng)速（10分鐘平均）以米/秒（m/s）為單位，記到一位小數(shù)。

4、真風(fēng)的求算：矢量三角形法。例題：航速16節(jié)，航向西北，視風(fēng)東北風(fēng)，8m/s，求真風(fēng)。

32E，90°N，0°W，270°S，180°4m/s視風(fēng)視風(fēng)真風(fēng)去向真風(fēng)來向船風(fēng)船風(fēng)45°315°結(jié)論：真風(fēng)90°，真風(fēng)速11.2m/s。33六、氣壓的觀測

1、觀測儀器：空盒氣壓表。

2、注意事項(xiàng)：氣壓表應(yīng)水平安置并固定在溫度少變、沒有熱源、不直接通風(fēng)處，應(yīng)有減振裝置并避免太陽光的直接照射。

3、數(shù)據(jù)記錄：以百帕（hPa）為單位，準(zhǔn)確度－1hPa～＋1hPa。

4、數(shù)據(jù)訂正：刻度訂正、溫度訂正、補(bǔ)充訂正、高度訂正。

34七、空氣溫度和濕度的觀測

1、觀測儀器：干濕球水銀溫度表、綜合數(shù)字氣象儀。

2、注意事項(xiàng)：干、濕球溫度傳感器應(yīng)安裝在百葉箱中，百葉箱應(yīng)水平固定在空氣流通、遠(yuǎn)離熱源的駕駛臺頂上，距甲板1.5米處，

箱門方向不得與船頭相同。

3、數(shù)據(jù)記錄：準(zhǔn)確度為－0.2℃～＋0.2℃，當(dāng)相對濕度≤50％，準(zhǔn)確度－5％～＋5％；當(dāng)相對濕度>50％，準(zhǔn)確度－2％～＋2％。

4、測濕原理：t干－t濕>0℃，空氣未飽和；

t干－t濕＝0℃，空氣飽和。

35八、表層海水溫度的觀測

1、觀測儀器：表層海水溫度計。

2、觀測方法：先將帆布桶放入水中感溫1分鐘后采水提上，把水溫表放入桶中攪動感溫2分鐘后讀數(shù)。

3、注意事項(xiàng)：表層海水溫度是指海水表面到0.5米深處之間的海水溫度，采水點(diǎn)應(yīng)避開船舶排水孔處；讀數(shù)時，水溫表注水杯不能離開采水桶水面，盡量不將水溫表提出帆布桶。

4、數(shù)據(jù)記錄：以攝氏度（℃）為單位，準(zhǔn)確度－0.5～＋0.5℃。

九、海浪的觀測

1、觀測項(xiàng)目：風(fēng)浪高、涌浪向和涌浪波高。

2、觀測方法：風(fēng)浪、涌浪分別觀測，