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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章：海洋中的波动现象,第一节：概述,一、波浪要素,二、海洋中的波浪,波浪的分类,深水波、浅水波,前进波、驻波,表面波、内波,风浪、涌浪、地震波,第二节：小振幅重力波,小振幅重力波，亦称正弦波，是一种简单波动。指波动振幅相对波长为无限小，重力是其唯一外力的简单海面波动。,一、波形传播与水质点的运动,频散关系,波速,或,1,、若水深大于波长的一半时（,h/,0,.5,）,-,深水波、短波,对于短波，水质点的运动轨迹是一个圆，半径为,轨迹半径随深度的增加迅速减小,在表面，其半径为,a,水质点在波峰处具有正的最大水平速度，在波谷处具有负的最大水平速度，在水面上水平速度为,0,2,、水深,h,相对于波长,很小时（,h,/20,）的波动称为浅水波或长波,长波中水质点的运动轨迹为,椭圆,水质点的运动半径（振幅）,a,随深度而减小,1,、短波水质点的运动轨迹为,圆,，以它们的平衡位置为中心作等速圆周运动。,2,、当波峰到达时，水质点位于圆周的最高点，当波谷到达时，水质点位于圆周的最低点。,3,、波面上水质点的速度矢量是以平衡位置为圆心，振幅为半径作圆，使圆与波面相交，在焦点作圆的切线，切线的方向就是速度矢量的方向。,4,、在某一时刻，位相不同的各水质点，形成一个波面，经过相同的时间后，各质点同时在各自的轨道上移过相等的一段弧长，从而组成新的波面，即波形向前移动。,5,、浅水波水质点的运动轨迹为,椭圆,。,二、波动公式与波动能量,（一）波速、波长与周期公式,1,、波速与波长的关系,小振幅波的一般关系式,2,、波长与周期的关系,3,、波速与周期的关系,对于深水波而言，,h/,1,/2,对于浅水波而言,可见波速与水深无关，只与波长有关,可见波速与波长无关，只与水深有关,（二）波动能量,波动具有,动能,和,势能,在一个波长内，总能量为,其中，动能与势能相等,（三）正弦波的叠加,1,、驻波：,（,1,）随着时间的变化，在,时，波面具有最大的,铅直升降，其值为,2a,，即合成前振幅的,2,倍，,这些点称为,波腹,在波节与波腹之间的波面升降幅度均在,02a,之间,随着时间的变化，波节两侧的波面一侧上升，另一侧下降，在,时，波面,0,波面水平,由上可知，波形并不向外传播，故称为驻波,两列振幅、波长、周期相等，但传播方向相反的正弦波,在,处，波面始终无升降，这些点称为,波节,2,、波群,两列振幅相等，波长与周期相近，传播方向相同的正弦波叠加后，波动振幅由小到大（,02a,）又由大到小（,2a0,）形成群集分布，称为,波群,。,深水波的群速为波速的一半，浅水波的群速与波速相等。,第三节：有限振幅波,一、斯托克斯波的波剖面,对于横轴上下不对称，水质点的振动中心高于平均,水面,二、波速与波高,其波速与波长、波高有关，且波陡越大，波速越大,三、水质点的运动轨迹,水质点的运动轨迹接近圆，但在一个周期内不是封闭的，在水平方向上向前存在一个净位移，称为,波流,可以解释在波浪传播方向上导致的海水运输现象,四、波动能量,动能大于势能，且铅直方向上波动的动能大于水平方向上的动能。,理论上的破碎角为,120,，或波陡,1,/7,实际，当,1,/,10,波峰就会破碎,界面内波：发生在两层密度不同的海水界面处的波动,第五节：开尔文波与罗斯贝波,一、开尔文波,是一种长周期重力波，即它同时受重力和科氏力的作用。,基本特征,2,、水质点在,y,方向上的速度分量为,0,3,、振幅是,y,的函数，若面向波浪传播的方向而立，在水道左岸波动振幅比右岸小，即波峰处波面是右高左低，波谷处波面是左高右低。,注：北半球，顺流而立，当波动通过水道时，水道两岸的波动振幅不等，,右岸大,，而,左岸小,，这是开尔文波的基本特征。南半球相反,1,、是一种以波速,沿,x,方向传播的长波，,且波面的变化与水质点运动的水平分量的变化是同步的,二、罗斯贝波,由科氏力随纬度的变化率所支配的波动，是一种低频波,在密度均匀的海洋中，罗斯贝波的频散关系为,罗斯贝波的传播方向始终偏向西方,罗斯贝波的波速极慢,第六节：风浪和涌浪,1,、风浪：是指当地风产生，且一直处在风的作用之下的海面波动状态,2,、涌浪：是指海面上由其他海区传来的或者当地风力迅速减小、平息，或者风向改变后海面上遗留下来的波动,3,、风浪的特征：波峰尖削，在海面上的分布很不规律，波峰线短，周期小，当风大时常出现破碎现象，形成浪花,4,、涌浪的特征：波面比较平坦、光滑，波峰线长，周期、波长都比较大，在海上的传播比较规则,一、风浪成长与风时、风区的关系,1,、风时：指状态相同的风持续作用在海面上的时间,2,、风区：指状态相同的风作用海域的范围,习惯上把从风区的上沿，沿风吹方向到某一点的距离称为风区长度，简称风区,最小风时：在定长风的作用下，对应于风区内某点，风浪达到定常状态所用的时间是一定的，这段时间称为最小风时,最小风区：当实际风时一定时，对应于某一风区长度内的波浪达到定常状态，此一风区长度称为最小风区。,
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