海洋中波动现象.ppt

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丁海燕
波的特点：
1
基本特点：在外力作用下，水质点离开起平衡位置做周期性或准周期性的运动
2
主要特征：运动随时间与空间进行周期性的变化
3
实际波动很复杂
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实际研究中，通常近似为简单波动或简单波动的叠加
5
波浪要素：波峰，波谷，波长，周期，波速，波高，振幅，波陡，波峰线，波向线
1
波浪类型：
2
按相对水深：深水波、浅水波
3
按波形的传播与否：驻波、前进波
4
按波动发生的位置：表面波、内波、边缘波
5
按成因：风浪、涌浪、地震波
6
1 小振幅重力波
概述
01
定义：波动振幅相对波长为无限小，重力是其唯一外力，亦称正弦波
02
特点：随深度增加，波长不变
03
波能：E=Ep+Ek=1/8*ρgH2λ
04
常以波高的平方作为能量的相对尺度
05
分类：
1
深水波： h/λ≥，又称短波
2
水质点只绕自己的平衡位置作圆周运动
3
运动速度和轨迹半径随深度增大呈指数减少，直到消失
4
波速与波长有关，与水深无关
5
浅水波：h/λ＜ ，又称长波
6
水质点运动轨迹为椭圆
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深度增加，长轴几乎不变，短轴迅速减少，近海底几乎仅为水平方向上的往复运动
8
波速与波长无关，与水深有关
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h/λ=[，） ，要考虑浅水订正项
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正弦波的叠加
驻波：两列振幅、周期、波长相等，传播方向相反的正弦波叠加，波形不往外传播。多发生在陡峭的海岸、码头附近和港湾内，由于波动的反射造成的。
波群：两列振幅相等、周期和波长相近，传播方向相同的正弦波叠加。
2 有限振幅波动
概念：相对于小振幅波而言，具有较大振幅，与实际海浪的形状更接近
1
2斯托克斯理论：
2
波剖面对于横轴上下不是对称的，水质点的振动中心高于平均水面
3
波速与波长、波高有关，波陡越大，波速越大
4
水质点的运动轨迹接近为圆，但是一个周期内不封闭，有位移。
5
动能大于势能；铅直方向上动能大于水平方向上动能
6
当振幅/波长超过一定限度时，波面将破碎
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概念：发生在海洋内部的波动现象
存在意义：
将大、中尺度运动过程的能量传递给小尺度的过程
引起海水内部混合
能将深层较冷的海水连同其中的营养盐输送到海洋上层，有利于生物生长
引起等密面的波动，影响海洋中声速的大小和传播方向，影响声纳的效能，影响潜艇的隐蔽及对其监测
影响水下潜艇的航行和停留时的颠簸
“魔鬼海岸”探秘：惊人的破坏力源自那里？
挪威的“魔鬼海岸”才是世界上独具魅力的景观。其魅力在于峡湾里潋滟的波光下暗藏着无尽玄机、佛罗埃岛和罗弗敦岛之间惊天动地的大旋涡以及至今还在流传着的北欧海盗洗劫整个欧洲的故事。
1893年6月，挪威探险家南森率领“福雷姆”号大帆船去北极探险。离开奥斯陆的航程开始时一帆风顺。几天后进入巴伦支海时，大帆船却突然走不动了。此时，大西洋的季风依然徐徐地吹着，海面波光涟涟，帆船却像被“黏”在海水里，一动也不动。
直到一阵强劲的西风吹来，“福雷姆”号才渐渐脱离了险境。
挪威海岸多峡湾、多曲折、多峭壁，风光独特旖旎。但就在这迷人的波光下面暗藏着无尽的玄机。
“魔鬼!海怪!”一个老水手凄厉地惊叫起来。一些有经验的水手判定他们肯定是遇到了“魔鬼的死水”。大家想起了种种古老的传说，不祥和恐怖迅速笼罩了全船。只有南森没有丝毫的慌乱，跑前跑后紧张地测量着风速、水温、盐度等水文参数，苦苦思索着对策。
究竟是什么“魔鬼”在作怪?
如今，海洋学家终于解开了挪威海岸的“死水”之迷。原来是“密度跃层”和“内波”在作怪。 　　挪威海岸的峡湾大都与河流甚至冰川连接，有大量的淡水汇入海水。这就在海面上形成了一个密度较小的淡水层。淡水层的下面则是密度较大的咸水层，两层之间便有了一个密度跃变，这就是“密度跃层”。前文提到的异状，究其根源，就出在两层海水之间的界面上。 　　由于密度相差悬殊，界面上的海水不再平静如初，会产生上下波动，这就是“内波”。 　　从字面上看，“内波”就是发生在水里的波动。“内波”的产生应具备两个条件，一是海水密度稳定分层；二是要有扰动能源，两者缺一不可。我们知道，海面与空气之间的密度不一样，加上风力的扰动作用，会导致海面上出现狂涛巨浪。在深层海水中，当海水因温度、盐度的变化出现密度分层后，受大气压力变化、地震影响以及船舶运动等外力扰动，就可能在海水内部引发内波。 　　内波与海面波浪虽然都是液体波动，但它们各不相同。空气与水的密度相差近千倍，在海面形成的波浪，其波动最大值在海面，波动会随着海水深度的增加而减小，到达一定深度后就消失了。当海水密度上下分布不均匀，尤其是在海水中出现跃层，％时，在外力扰动下，就会在两层海水界面上产生内波。由于海水的密度分布经常处于不均匀状态，因此海洋内波是一种比较普遍的现象。