海洋科學(xué)導(dǎo)論ppt課件08海洋中的波動(dòng)

第八章海洋中的波動(dòng)第八章海洋中的波動(dòng)波動(dòng)的概念什么是波動(dòng)？波動(dòng)是某一物理量的擾動(dòng)或振動(dòng)在空間逐點(diǎn)傳遞時(shí)形成的運(yùn)動(dòng)。即指物理量或物理量的擾動(dòng)在媒質(zhì)（或真空）中的傳播過程.過程中所傳遞的只是擾動(dòng)的影響而非媒質(zhì)本身.波的概念是物理學(xué)中少數(shù)極其重要的統(tǒng)一概念之一；實(shí)用上，波是信息的載體.Awavecanbedescribedasadisturbancethattravelsthroughamediumfromonelocationtoanotherlocation.波動(dòng)的概念什么是波動(dòng)？波動(dòng)是某一物理量的擾動(dòng)或振動(dòng)在空間逐點(diǎn)共同點(diǎn)：是信號(hào)（能量）的傳播而不是物質(zhì)的傳播共同點(diǎn)：是信號(hào)（能量）的傳播而不是物質(zhì)的傳播海洋中的波動(dòng)：海浪、潮汐、海嘯、內(nèi)波等在海洋中的各種波動(dòng)中，以海浪所占據(jù)的能量最大，相當(dāng)于28680顆廣島原子彈海洋中的波動(dòng)：海浪、潮汐、海嘯、內(nèi)波等本章提綱第一節(jié)概述第二節(jié)小振幅重力波第三節(jié)有限振幅波第四節(jié)風(fēng)浪和涌浪第五節(jié)海洋內(nèi)波第六節(jié)開爾文波與羅斯貝波第七節(jié)海嘯第八節(jié)觀測(cè)、研究及應(yīng)用（分散到各主要不同波動(dòng)內(nèi)容中）本章提綱第一節(jié)概述海洋中波動(dòng)的特點(diǎn)波動(dòng)要素海浪特征值波動(dòng)類型海浪的基本特性第一節(jié)海洋波動(dòng)概述海洋中波動(dòng)的特點(diǎn)第一節(jié)海洋波動(dòng)概述在恢復(fù)力的作用下，質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近作周期或準(zhǔn)周期的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；波動(dòng)的特點(diǎn)在恢復(fù)力的作用下，質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近作周期或準(zhǔn)周期的往復(fù)運(yùn)在恢復(fù)力的作用下，質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近作周期或準(zhǔn)周期的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為圓或橢圓。海洋波動(dòng)的特點(diǎn)在恢復(fù)力的作用下，質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近作周期或準(zhǔn)周期的往復(fù)運(yùn)波動(dòng)要素波長(zhǎng)L周期T波高H頻率波數(shù)振幅第一節(jié)概述波動(dòng)要素波長(zhǎng)L第一節(jié)概述海浪特征值周期T波長(zhǎng)L波高HH1/3,H1/4，H1/10，H1/100波陡：H/L波陡越大，非線性越強(qiáng)，海浪越易破碎波峰線，波向線波速第一節(jié)概述海浪特征值周期T第一節(jié)概述海洋中的波動(dòng)類型按照動(dòng)力機(jī)制成因劃分：海浪：由風(fēng)引起的水重力波潮波：引潮力引起海嘯：海底地震等引起開爾文波：邊界和科氏力作用羅斯貝波：科氏參量隨緯度變化按相對(duì)水深（波長(zhǎng)）：深水波、淺水波按波形傳播：前進(jìn)波、駐波按發(fā)生位置：表面波、內(nèi)波、邊緣波海洋中的波動(dòng)類型按照動(dòng)力機(jī)制成因劃分：海浪—表面重力波海浪恢復(fù)力：重力海浪具有周期性：波長(zhǎng)一般從幾厘米到幾百米隨機(jī)性：周期、波高、波長(zhǎng)隨機(jī)變化如何描述海浪？海浪的線性理論

--小振幅重力波我國物理海洋學(xué)家、海浪理論的奠基人文圣常院士海浪—表面重力波海浪恢復(fù)力：重力如何描述海浪？我國物理海洋學(xué)假定振幅相對(duì)于波長(zhǎng)為無限小，即波陡等于零，重力為其唯一外力的簡(jiǎn)單波動(dòng)，忽略科氏力和粘性力波面方程

：波數(shù)：頻率頻散關(guān)系：波動(dòng)頻率與波長(zhǎng)之間的關(guān)系水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是閉合的第二節(jié)

海浪的線性理論——小振幅重力波假定振幅相對(duì)于波長(zhǎng)為無限小，即波陡等于零，重力為其唯一外力的深水海浪的運(yùn)動(dòng)軌跡水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡閉合，運(yùn)動(dòng)軌跡半徑隨深度衰減深水海浪的運(yùn)動(dòng)軌跡水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡閉合，水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)與波形傳播水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)與波形傳播水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)與波形傳播水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)波峰波谷處水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)情況在平均水面波峰波谷處水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)情況在平均水面波峰波谷處鉛直速度為零。波峰處有正的最大水平速度，波谷處有負(fù)的最大水平速度。水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度在平均水面水平速度為零，鉛直速度最大。且在峰前谷后向上，谷前峰后向下波峰波谷處水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度在平均水面水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)與波形傳播水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)中等水深波深水波

水深d大于半個(gè)波長(zhǎng)時(shí)淺水波

水深d小于(1/20)波長(zhǎng)時(shí)中等水深波深水波

水深d大于半個(gè)波長(zhǎng)時(shí)淺水波

水深d小于(波動(dòng)的傳播速度相速度定義波速：波形傳播的速度波動(dòng)的傳播速度相速度定義深水波和淺水波一般情況下，頻散關(guān)系為深水波:當(dāng)水深d大于半個(gè)波長(zhǎng)時(shí)，tanh(kd)=1淺水波:當(dāng)水深d小于波長(zhǎng)的1/20時(shí)，tanh(kd)=kd深水波和淺水波一般情況下，頻散關(guān)系為深水波和淺水波的波速波速：波形傳播速度深水波:淺水波：水深小于波長(zhǎng)的1/20,tanh(kd)=kd深水波和淺水波的波速波速：波形傳播速度海浪的波動(dòng)能量沿波峰線單位寬度一個(gè)波長(zhǎng)內(nèi)的勢(shì)能沿波峰線單位寬度一個(gè)波長(zhǎng)內(nèi)的動(dòng)能總能量海浪的波動(dòng)能量沿波峰線單位寬度一個(gè)波長(zhǎng)內(nèi)的勢(shì)能在海洋中的各種波動(dòng)中，以海浪所占據(jù)的能量最大，相當(dāng)于28680顆廣島原子彈表面張力波毛細(xì)波風(fēng)浪風(fēng)浪假潮潮汐在海洋中的各種波動(dòng)中，以海浪所占據(jù)的能量最大，相當(dāng)于2868海洋科學(xué)導(dǎo)論ppt課件08海洋中的波動(dòng)海洋科學(xué)導(dǎo)論ppt課件08海洋中的波動(dòng)海洋科學(xué)導(dǎo)論ppt課件08海洋中的波動(dòng)海洋科學(xué)導(dǎo)論ppt課件08海洋中的波動(dòng)波群（wavegroup）：兩列振幅、周期、波長(zhǎng)相近，傳播方向相同的正弦波疊加。群速Cg波動(dòng)疊加波群（wavegroup）：波動(dòng)疊加群速Cg定義：振幅包絡(luò)線傳播的速度群速與相速度的關(guān)系：對(duì)于表面重力波，群速度的方向與波峰線垂直，指向波動(dòng)傳播方向群速度與波動(dòng)能量傳播的速度相同群速Cg對(duì)于表面重力波，群速度的方向與波峰線垂直，指向波動(dòng)傳波動(dòng)疊加—駐波兩列振幅、周期、波長(zhǎng)相等，傳播方向相反的正弦波疊加。波形不傳播，故稱駐波。波腹：波面具有最大的升降；波節(jié)：無升降；波動(dòng)疊加—駐波兩列振幅、周期、波長(zhǎng)相等，傳播方向相反的正弦波海洋科學(xué)導(dǎo)論ppt課件08海洋中的波動(dòng)實(shí)際的波浪波面非對(duì)稱，包括上下和左右不對(duì)稱波動(dòng)相速度與振幅有關(guān)水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡不閉合，存在水平方向上向前的凈位移，此水平位移稱Stokes漂流，也有稱“波流”。波流可解釋物質(zhì)輸運(yùn)現(xiàn)象。對(duì)海流、波浪成長(zhǎng)及泥沙輸運(yùn)有一定影響。波浪破碎：理論上證明，當(dāng)波峰角小于120o，或波陡大于1/7時(shí)波浪會(huì)破碎有限振幅波動(dòng)主要有stokes波、擺線波、孤立波等第三節(jié)非線性波—有限振幅波實(shí)際的波浪波面非對(duì)稱，包括上下和左右不對(duì)稱第三節(jié)非線性波—擺線波擺線是什么？擺線波擺線是什么？?jī)?nèi)孤立波1834年，J.S.羅素在一篇報(bào)告中提到他觀察到一種奇特的自然現(xiàn)象，當(dāng)一艘快速行駛的船突然停下來，船頭出現(xiàn)一圓形平滑、輪廓分明的孤立波峰急速離去，滾滾向前，行進(jìn)中形狀和速度保持不變。1834年，J.S.羅素在一篇報(bào)告中提到他觀察到一種奇特的自然現(xiàn)象，當(dāng)一艘快速行駛的船突然停下來，船頭出現(xiàn)一圓形平滑、輪廓分明的孤立波峰急速離去，滾滾向前，行進(jìn)中形狀和速度保持不變。內(nèi)孤立波1834年，J