1、第六章：海洋中的波動現象一、波浪的分類:1、按相對水深（水深與波長之比，即h/入）：深水波（短波）、淺水波（長波）2、按波形的傳播與否：前進波、駐波3、按波動發生的位置：表面波、內波（邊緣波）4、按成因：風浪、涌浪、地震波二、小振幅重力波小振幅重力波，亦稱正弦波，是一種簡單波動。波動振幅相對波長為無限小，重力是其唯一外力的簡單海面波動。（一）波形傳播與水質點的運動波形向前傳播完全是由水質點的運動產生的，但二者不是一回事，只是波形向前傳播，水質點并不隨著波形前進。1、若水深大于波長的一半時（h/X0.5）-深水波、短波對于短波，水質點的運動軌跡是一個圓，半徑為-，軌跡半徑隨深度的增加迅速減小，在

2、表面，其半徑為a；水質點在波峰處具有正的最大水平速度，在波谷處具有負的最大水平速度，在水面上水平速度為0;水面以上水平速度為正，水面以下水平速度為負。波峰波谷處鉛直速度為0,水面上鉛直速度最大；而且波峰前部為正（向上），波峰后部為負（向下）。2、水深h相對于波長X很小時（h1/7。四、海洋內波除了海面的波動外，在海洋內部也會發生波動現象，稱為海洋內波。（它是發生在海水密度層結穩定的海洋中的一種波動，它的最大振幅出現在海面以下。）內波也是海水運動的重要形式。它能將大、中尺度運動過程的能量傳遞給小尺度過程；它是引起海水內部混合，形成溫、鹽細微結構的重要原因；它能將深層較冷的海水連同其中營養鹽輸送到

3、海洋上層，有利于海洋生物的生長；由內波引起的等密面波動會影響海洋中聲速的大小與傳播方向，從而對潛艇的隱蔽與監測起著有利或有害的作用等，對海洋內波的研究具有重要意義。（了解）內波的一種最簡單的形式是發生在兩層密度不同的海水界面的波動，稱為界面內波。表面波的恢復力主要為重力，故有表面重力波之稱，而內波的恢復力則為科氏力與弱化重力（即重力與浮力之差）五、開爾文波與羅斯貝波（一）開爾文波是一種長周期重力波，即它同時受重力和科氏力的作用。因此它既有重力波的基本特征，又在科氏力的作用下產生其他一些特點。開爾文波的基本特性（北半球為例）：1、它是一種以波速c=gh沿x方向傳播的長波，波面z的變化與水質點運動

4、的水平分量u的變化是同步的；2、由于水道的限制，故水質點在y方向上的速度分量v=0。它具有重力波的基本特性。但在重力波中，波動振幅為常量，而開爾文波的振幅卻是y的函數。在（fJaexp-一b|水道的左岸（面向波浪傳播方向），y=+b,其振幅為c丿，在水道右岸，（fbyaexpby=-b，其振幅為2丿，只在水道中央，即x軸上y=0處，其振幅為a。3、由上述可見水道左岸波動的振幅比右岸小。即波峰處，波面是右高左低，波谷處波面是左高右低。（二）羅斯貝波羅斯貝波，亦稱行星波，它是一種遠遠小于慣性頻率f的低頻波。它的恢復力不是重力也不是科氏力，而是科氏力隨緯度的變化率，即B。我們取坐標系中x向東，y向北

5、，z向上。貝U可得羅斯貝波的傳播方向始終偏向西方。六、風浪和涌浪1、風浪：是指當地風產生，且一直處在風的作用之下的海面波動狀態。（了解）2、涌浪：指海面上由其他海區傳來的或者當地風力迅速減小、平息，或者風向改變后海面上遺留下來的波動。（了解）3、風浪的特征：波風尖削，在海面上的分布很不規律，波峰線短，周期笑，當風大時常常出現破碎現象，形成浪花。（了解）4、涌浪的特征：海面比較平坦、光滑，波峰線長，周期、波長都比較大，在海上的傳播比較規則。（了解）（一）風浪的成長與消衰主要取決于對能量的攝取與消耗之間的平衡關系。（二）風浪成長與風時、風區的關系風浪的成長與大小，不只是取決于風力，而是與風所作用的

6、水域的大小和風所作用時間的長短由密切的關系。為此，我們引進了風時與風區兩個概念。1、風時：指狀態相同的風持續作用在海面上的時間。2、風區：指狀態相同的風作用海域的范圍。習慣上把從風區的上沿，沿風吹方向到某一點的距離稱為風區長度，簡稱風區。假定風速一定的風沿Ox方向吹，0點為風區上鹽沿，0a為風區呢某點a的風區長度。假定，當風開始作用于海面上時，風區內各點都同時產生尺寸相同的一系列波浪，以相同的速度沿x軸方向傳播，在傳播過程中，分別從風中攝取相同的能量，以相同的尺度增大。在這種前提下，可知不同時刻在a點觀察到的波浪都是從風取上沿不同地點傳播而來的。（1）離a點越近的波浪到達a點所用的時間越短，傳

7、播過程中從風中攝取的能量也越少，因此尺度也越小。（2）反之，離a點級；距離越遠的波浪傳到a點時，尺度越大。（3）離a點最遠的波浪是從風區上沿產生的，當他傳到a點后，此時a點的風浪尺度便達到了理論上的最大值，亦即不再會隨時間的增加而增大了，達到了定常狀態。（4）a點向風區上沿方向的波浪均比a點更早達到定常狀態。（5）向風區下沿方向的波浪還將隨時間的增大而繼續增大，故稱為過渡狀態。（6）定常狀態波浪的尺度越靠近風區上沿越小。由上可知，在定常風的作用下，對應于風區內某點，風浪達到定常狀態所用的時間是一定的，這段時間稱為最小風時。當實際風時大于最小風時時，波浪為定常狀態，反之為過渡狀態。當實際風時一定時，對應于某一風區長度內的波浪達到定常狀態，此一風區長度稱為最小風區。當實際風區小于最小風區時，風浪為定常狀態，反之為過渡狀態。總之，定常狀態的波浪只受制于風區，而過渡狀態的風浪只受制于風時。風浪尺寸不會無限增長，因為波浪在成長過程中達到一定尺度之后，由于內摩擦等原因，當攝取與消耗的能量達到平衡時，風浪尺寸便不再增大，此時的風浪稱為充分成長狀態。（三）涌浪的傳播（了解）涌浪在傳播過程中的顯著特點是波高逐漸降低，波長、周期逐漸變大，從而波速變快。實際的海浪可