Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

3.5.4: Море проти набухання хвиль

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    1594

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    З секти. 3.4 ми знаємо, що ми можемо думати про нерегулярний хвильовий поїзд як суму синусоїдальних хвиль з різними періодами. Протягом не надто тривалих періодів часу (можливо, годину і відстані десятків кілометрів) і для малих амплітуд ці синусоїди мають постійні амплітуди і випадкові фази. Вони рухаються у багатьох різних напрямках, все зі своєю швидкістю, заданою так званим співвідношенням дисперсії відповідно до теорії Ейрі або лінійної хвилі.

    Хвильові поля розсіюються (розкидаються), оскільки різні гармонічні компоненти рухаються з різною швидкістю, яка залежить від їх частоти. У секті. 3.5.2 ми називали це явище дисперсією частоти. З співвідношення дисперсії стає зрозуміло, що довші хвилі рухаються швидше, ніж коротші хвилі. Крім того, ми бачили, що групова швидкість (швидкість фронту) більша для довших хвиль періоду.

    2021-10-14 пнг
    Малюнок 3.12: Набрякають хвилі, що прибувають на атлантичне узбережжя Анголи з двох різних напрямків (південний захід і північний захід). Цей набряк породжується пасатами. Надано Стефані Росс

    Таким чином, на деякій відстані від штормового центру спочатку відчувається довгий швидкий подорожній набряк, а пізніше все більш короткий хвильовий період. На великих відстанях від центру шторму коротші хвилі фільтруються, оскільки процеси дисипації (через течії, біле обмеження) сильніше впливають на коротші хвилі 3. В результаті залишається лише довгий, і досить регулярний (так як різні компоненти рухаються з різною швидкістю) набухання. Крім того, набухання є однонаправленим чубатим, оскільки лише хвилі, що рухаються в певному напрямку, закінчуються в певному місці далеко від центру шторму. Розтікання внаслідок різних напрямків поширення називається направленням дисперсії. Завдяки частотній і спрямованій дисперсії спектр набухання є вузьким за частотою і напрямком відповідно. В результаті поширення (і розсіювання енергії) набухання відносно невисока. На малюнку 3.12 показані хвилі набухання, що прибувають на узбережжі Анголи, які були породжені двома різними штормами.

    2021-10-14 пнг
    Малюнок 3.13: Вплив розпаду набухання на період хвилі та висоту хвилі у випадку 10-секундної хвилі висотою 6,1 м відповідно до Дж. Л. Девіса та Клейтона (1980).

    Характеристики хвиль набухання в конкретному (прибережному) місці визначаються характеристиками шторму і відстанню до шторму. Здуття може подорожувати океанами за тисячі кілометрів. A 10 s набухають хвиля рухається зі швидкістю\(c_0 \approx 1.56 T = 1.56 \times 10 = 15.6\ m/s = 56\ km/h\). Групова швидкість становитиме приблизно половину цієї (у глибокій воді). На рис. 3.13 показаний графік з висотою хвилі та періодом залежно від відстані поширення від центру шторму.

    На першому порядку жоден масовий транспорт не пов'язаний з поширенням коротких хвиль таким чином, що на шлях набухання через океани не впливає ефект Коріоліса. Swell тому подорожує земною кулею по великих колах, найкоротша відстань між двома місцями на сферичному об'єкті.

    2021-10-14 пнг
    Малюнок 3.14: У місці біля голландського узбережжя північний набряк, породжений штормом біля норвезького узбережжя, зустрічається з південно-західним морем, породженим місцевим вітром (зліва). 2D спектр представляє спектральну енергію як функцію частоти і напрямку і будується шляхом об'єднання спектральних форм JONSWAP з гаусовими спрямованими розподілами. 1D спектр отримується шляхом інтеграції по всіх напрямках. Незважаючи на те, що в 2D спектрі пік набухання вище, ніж морський пік, морський пік є більшим піком у спектрі 1D через більший спрямований поширення для моря в порівнянні з набряком.

    Деякі узбережжя по всьому світу - наприклад, Австралія - в основному відчувають набухають хвилі, які породжувалися штормами далеко. Типовий хвильовий спектр тоді буде вузькосмуговим. Для інших узбережжя локально генеруються штормові хвилі домінують у хвильовому кліматі, як це стосується голландського узбережжя. Морський стан тоді нерегулярний і короткочубатий. У більшості випадків хвильові записи біля голландського узбережжя показують як хвилі, що генеруються у далеких штормах, так і штормових хвиль, що генеруються локально. Потім в спектрі можна спостерігати два чітких піку, див. Рис. 3.14. Набряклість може надходити лише з півночі і зазвичай не старше доби, а іноді і двох днів.

    3. Крім дисипації та дисперсії, роль відіграє нелінійна передача хвиль; енергія переміщується з центру спектра як на вищі, так і на нижчі частоти. Вищі частоти отримують суб- послідовно розсіюються, тоді як нижчі частоти отримують енергію.