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涌浪

2021-04-07 20:14动植物百科 人已围观

简介[拼音]:yonglang [外文]:swell 通常指风浪离开风吹的区域后所形成的波浪。另外,风速、风向等风要素的突变,也可能使风区内原来的风浪转变为涌浪。 特征 涌浪与风浪相比,具有较规...

通常指风浪离开风吹的区域后所形成的波浪。另外,风速、风向等风要素的突变,也可能使风区内原来的风浪转变为涌浪。

特征

涌浪与风浪相比,具有较规则的外形,排列比较整齐,波峰线较长,波面较平滑,比较接近于正弦波的形状。涌浪在传播过程中,由于空气阻力和海水的内摩擦作用,加上涌浪传播时波动能量被散布在越来越大的区域内,所以随着传播距离的增加。在单位表面积的水柱内,涌浪的能量和波高都不断减小。涌浪可以看作是由许多振幅不等、频率不等、传播方向不同,并具有随机初相位的正弦波的分量叠加而成。在涌浪的传播过程中,这些波分量的波动能量,都要随着传播距离的增加而减小。但是,这些波分量的衰减是有选择性的,频率大的组成波衰减得快,频率小的衰减得慢,所以随着传播距离的增加,高频分量所占有的能量的比例越来越小,而低频的波分量则相对地越来越起着支配作用,因而在传播过程中,涌浪的外观周期将不断增大。随着周期的增大,波长和波速也相应地增大,而波面的陡度则变得越来越小。另外,因为高频分量具有使波面变得粗糙的作用,所以在涌浪传播的过程中,高频分量的能量比例的降低,也导致波面更加规则和光滑。

研究方法

可归纳为两类:

(1)把复杂的实际涌浪抽象成简单的正弦波,进而应用液体波动理论阐明涌浪传播时的特征和变化。

(2)把涌浪引起的有关物理量(如水面铅直位移等)的波动性变化看作是随机函数,认为涌浪是由许多振幅不等、频率不等、传播方向不同,且具有随机初相位的正弦波叠加而成,进而利用能量平衡和谱的概念,讨论涌浪要素的变化和涌浪内部结构的变化。20世纪50年代以前,采取前一类方法,后来则越来越广泛地使用后一类方法。

进展

虽然涌浪的研究落后于风浪,但是有些结果能近似地解释实际的涌浪现象。并且可根据风浪的情况,计算涌浪到达给定地点所需的时间及涌浪的波高和周期等要素。这些都被应用于涌浪要素的预报中。40年代,H.U.斯韦尔德鲁普、W.H.蒙克研究涌浪在宽度一定的静止水域中的传播时,以能量的传播速度等于群速(深水中其值为波速之半)为出发点,得出结论:当涌浪向远处某点传播时,其显著部分是以能量锋的形式向前传播的,其传播速度也等于群速;先到达该点的涌浪的波高极小,而波长和周期则很大,当能量锋到达时波高迅速增大,而波长和周期则不断减小,最后达到定常状态。W.J.皮尔孙研究涌浪在宽广水域上的传播时,认为涌浪是由许多传播方向不同的波所组成,利用液体波动中的线性理论,把涌浪的波高和周期等要素的研究,归结为对边值问题的解的讨论,并得出结论:涌浪的主要部分仍然以群速向前传播,但在传播的主方向上有着明显的前沿边界和后沿边界,在主方向的两侧也有着明显的侧边界,在这些边界的内部,涌浪比较显著,而在边界之外,则很不明显,且可忽略不计。皮尔孙-诺伊曼-詹姆斯涌浪预报法,就是根据这种概念提出来的。如将涌浪看成是一种满足相位连续方程的波动,则液体波动中关于合成波的许多性质也适合于涌浪,例如群速为波长、周期、波速等的传播速度,而个别波的波长和周期等在传播过程中都要增加。绕射可导致涌浪的能量在传播过程中散布开来,对这方面也作了一些研究。能量的耗散作用是引起涌浪要素变化的重要因素之一,虽然许多学者都对此进行了探讨,但其准确的定量关系仍然是重要的研究课题。

参考文章
  • 冰川涌浪GlacialSurge地球科学

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