第八章海浪的观测资料

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1、第八章第八章 海浪的观测海浪的观测 海浪是发生在海浪是发生在海洋海洋中的一种波动现象，是海面起伏中的一种波动现象，是海面起伏 形状的传播，是水质点离开平衡位置，作周期性形状的传播，是水质点离开平衡位置，作周期性振动振动，并，并 向一定方向传播而形成的一种波动。向一定方向传播而形成的一种波动。 海浪的时间尺度：十分之几秒的周期到几天、几个月甚至海浪的时间尺度：十分之几秒的周期到几天、几个月甚至 儿年的长周期波动。儿年的长周期波动。 海浪的水平尺度：从几厘米的波长到几千千米的波长。海浪的水平尺度：从几厘米的波长到几千千米的波长。 波动恢复力：表面张力、重力、科氏力。波动恢复力：表面张力、重力、科氏

2、力。 “无风不起浪” “无风三尺浪” “风平浪静” 海浪：指周期为几秒至几十秒的由于风传输给海面能量 引起的波动现象。是海水运动形式之一，它的产生 是外力、重力与海水表面张力共同作用的结果。 形成原因：风浪、涌浪、近岸浪、内波、潮汐波、海啸、风暴潮 。 v 风浪： 由风直接作用而引起的水面波动称为风浪。 v 涌浪： 由其他海区传来的波浪或由于当地的风力急剧减小、风向 改变或风平息后遗留的波浪均称涌浪。 v 近岸浪：风浪或涌浪传至浅水或近岸区后，因受地形影响发生一系 列变化。 v 内波： 不同密度的水层界面处而产生的波动。 v 潮汐波：由于天体引潮力作用所产生的波动。 v 海啸： 由于海底或海岸

3、附近发生的地震或火山爆发所形成的波动 。 v 风暴潮：由于气象原因，如台风，强风暴等引起的海面异常升高现 象。 海浪观测的对象主要指的是风浪和涌浪 v 风浪：由风直接作用而引起， 波型不规则，背风面较陡，迎风 面较平缓，波峰较大，4到5级风 时，波峰翻倒破碎，出现白浪。 传播方向大都和风向一致。 涌浪：在风力甚小或无风水域涌浪：在风力甚小或无风水域 中依靠中依靠惯性惯性维持。波型维持。波型较规则较规则 ，波面，波面圆滑圆滑，波面，波面平坦平坦，无破，无破 碎现象，周期碎现象，周期大于大于原来风浪的原来风浪的 周期，来源的波系周期，来源的波系叠加叠加也可以也可以 形成。形成。 v 巨浪可引起海上

4、船舶倾覆、折断和触礁，摧毁海上平台 ，对海上运输和施工、渔业捕捞、海上军事活动等带来很大 的灾害。 v 巨浪可摧毁沿海的堤岸、海塘、码头、海水养殖设施等 各类海工建筑物。海浪对沿岸工程设施的破坏往往是毁灭性 的，二次巨浪来袭可能会破坏整个港口的设施。据测量，近 岸浪对海岸的压力，可达到每平方米3050吨。据记载， 在一次大风暴中，巨浪曾把1370吨重的混凝土块移动了 10米，20吨的重物也被它从4米深的海底抛到了岸上。巨 浪冲击海岸能激起60-70米高的水柱。 v 此外，海浪有时还会携带大量泥沙进入海港、航道，造成 淤塞等灾害。 v 海浪促进海水上下层混合，使混合后水层富有氧气 ，满足海中鱼类

5、和其他动植物需要； v 波浪发电； 葡萄牙的“海蛇”海浪发电站 世界首座商用波浪能发电厂 海浪基本要素海浪基本要素 1 1 观测方法观测方法 2 2 3 3 测波仪（光学式测波仪）测波仪（光学式测波仪） 4 4 目测海浪目测海浪 波浪要素 v 波峰： 波面的最高点； v 波谷： 波面的最低点； v 波高H： 相邻的波峰与波谷间的垂直距离； v 波长：相邻的两个波峰（或波谷）间的水平距离，单位米； v 波陡：波高与波长之比，它是表示波形陡峭的量； v 波龄：波速和风速之比，表示波浪发展程度。 v 波幅a： 波高的一半称为波幅； v 周期T： 两相邻的波峰（或波谷）相继通过一固定点所需时间； v

6、波速c： 波峰（或波谷）在单位时间内的水平位移； v 波向：波浪传来的方向。 v 波峰线：空间的波系中，垂直于波向的波峰连线。 实际海浪 实际海浪 上跨零点 下跨零点 大波的平均波高 周期的换算关系 有效周期有效周期 波长、周期和波速 d是水深，g是重力加速度。当水深d大于或等于半波长（ L/2）时得到， 双曲正切函数 海浪观测方法 v海浪观测既要在岸边台站上进行，也要在海上或 船上实施。 v 岸边台站的海浪观测者是为了取得沿岸较有代表性的海浪 资料，观测地点应面向开阔海面，避免岛屿、暗礁和沙洲 等障碍物。 v 海上或船上的观测者获得的离岸较远的开阔海域的海浪资 料，可用于理论研究、风浪预报、

7、船舶航行及捕捞等。 v 海浪观测的主要内容是风浪和涌浪的 波面时空分布及其外貌特征，观测项目 包括海浪的波高、周期、波向、波型和 海况 。仪器目前仅可以测量前三者，其 他为目测。 v 海浪观测时间为： 大面或断面的测站，船到站即测。 海上连续测站，每3小时观测一次，时间为02，05，08，11，14 ，17，20，23时； 海滨测站的目测时间则为08，11，14，17时。 测测波方法分类类 传感器 安装位置 水面上 测波仪 水面附近 测波仪 水面下 测波仪 航空测波立体摄影雷达测波测波杆光学测波重力测波 水压式 测波 声学式 测波 浅水测波通常采用易于固定的测波仪，深水测波一般采用浮球式加速度

8、型测波仪 单点测量 在某一点上测量水表面的高度变化。 一 阻容式测波 仪器安装在固定平台上，由于悬挂在海水中的电阻丝的阻值与海水 并联而产生变化从而实现波浪测量。 v 广为应用的测量仪器使用了高电导铠装电缆，所测量的是电缆之 间海水通路的电阻，该电阻随水位升降而减小或增大，这种测量仪器 坚固耐用，但是必须预先知道海水电导随温度和盐度的变化情况，同 时也必须掌握导电通路的几何形状。 v 采用绝缘导钱，它的电容和水位存在函数关系，能用来测量波高 ，但是测量准确很差。其原因是海水下落后所留下的水膜仍会影响电 阻值，致使波高测值失真，绝缘材料缓慢吸收水分之后，也会改变它 的绝缘性能，从而使仪器的响应产

9、生缓慢的漂移。 单点测量 二 压力法测波 海洋波浪在其下方产生可测的压力起伏，与波高在一定条件下具以下 关系： 三、惯性法测量 测量水表垂直加速度的方法可以避开在外海测量波高时寻找合 适参考坐际困难，就平均值而论，海平面是不变的，因此没有平均加 速度，所以垂直加速度对时间两次积分之后，就得到相对于平均海平 面的海面高度，这种测量并非没有困难；低频波的加速度一般较小， 为了在有高频加速度的情况下准确地测出低频波和涌浪，要求仪器对 垂直加速度具有线性响应，而对水平运动不灵敏。 多点测量 v 一 纵摇横摇浮标 在某点测量波高和波斜度的两个分量随时间变化的函数或利 用固定平台测得的压力和水平速度两个分

10、量测波。 v 二 沿直线测波 最简单的大范围测量是沿一直线测量波高，经傅里叶变换后 知道波的方向分布。 v 三 大面积测波 能够保证充分的空间覆盖范围： 1 照相法 立体摄影测波 2 微波测波雷达测波（散射信号的频移等于海洋波浪的频率） 目测海浪 v目测海浪时，观测员应站在船只迎风面，以 离船身30m或船长之半以外的海面作为观测区 域，来估计波浪尺寸和判断海浪外貌特征。 海面状况观测海面状况观测 周期观测周期观测 波型观测 波向观测 目测 海浪 海面状况观测海面状况观测 海面状况（海况）是指在风力作用下的海面外貌特征，根 据波峰的形状，峰顶的破碎程度和浪花出现的多少，可将 海况分为10级。 波

11、向观测 v 观测波向时，观测员站在船只较高位置，利用罗经 方位仪，使其瞄准线平行于离船舷较远的波峰线，转动 90后读取罗经示度盘上波浪来向的示数即为波向。当 海上无浪或浪向不明时波向记C，风浪和涌浪同时存在 时，波向分别观测。波向分16个方位： 波型观测 目视判断所属波型 风浪波型记F 涌浪波型记U 两者并存时： v波高 风浪涌浪时记 FU 风浪涌浪时记 F/U 风浪涌浪时记 U/F 周期的观测周期的观测 v当波长小于船长时，可以相邻两个显著波峰 经过海面浮动的某一标志物的时间间隔作为 这个波的周期； v当波长大于船长时，应以船身为标志物，相 邻两个显著波峰经过此物的时间间隔，作为 这个波的周

12、期。 周期的观测周期的观测 v 一、周期观测：观测员手持秒表，注视随海面浮动的 某一标志物，当一个显著的波浪的波峰过此物时，启 动秒表，待相邻波峰再经过此物时，关闭秒表，读取 记录时间，即为这个波的周期。 v 二、平均周期观测：观测员手持秒表，当波峰经过海 面上的某标志物或固定点时，开始记时，测量11个波 峰相继经过此物的时间，如此测量三次，将三次时间 相加除以30即得平均周期。 部分大波波高及周期观测部分大波波高及周期观测 v 根据观测的平均周期，计算出100个波浪所需时间，在这段时 间内目测15个显著波的波高及周期，取其中10个较大的波高平 均值，作为1/10部分大波波高值，根据波级表得出

13、波级。 波长和波速的计算 v 将观测的周期代入下式中,求出波长波速。 深水波长深水波长 深水波速深水波速 T:T:周期周期 光学式测波仪 v 常用的海浪观测仪器有6种：1）视距测波仪，也叫光学测 波仪；2）电阻和电容测波仪；3）压力测波仪；4）声学测 波仪；5）重力测波仪；6） 遥感测波仪。 v 光学测波仪主要测定的是波高、周期、波向和波长，并可 以测量海面上物体的距离，浮冰的速度和方向 v 常用的有HAB-1和HAB-2型测波仪 海上浮筒 光学测波仪 1 望远镜 2 管状水准泡 3 俯仰微动手轮 4 解脱手柄 5 方向 微动手轮 6 . 指标盘 7 水平度盘 8 底座 9 调平螺钉 10 圆

14、形水准泡 HAB-2 型测波仪示意图 水平度盘7与指标盘6连接，可将解 脱手柄4向前推动50度，即指标盘 镜垂直轴自由转动；调整调平螺钉 9，使圆行水准泡10居中，调整俯 仰微动手轮3，使管状泡2居中。 望远镜瞄准机构中，装有透视镜网格的分划板，如下 H表示仪器物镜中心在海平面的设计高度。 F表示望远镜物镜焦距。 v B表示波高标尺II上每一小格所代表的高度。 v V为海天交界线。 v 由浮筒、锚链和海底固定物三个部分组成。浮标是用其浮筒的储 备浮力漂浮在海面上，并用锚链系于海底固定物上，以保证其在固定 点上随海面自由运动，通过测波仪观测其跳动幅度，以达到测定波高 和周期的目的。 一、浮筒：一

15、般为钢制圆柱体，按海区海浪大小分为轻型和重型，浮筒 由测波标杆、浮体、尾管和重锤组成。 1、标杆：顶部为一漏斗状测波标志，长约1.52m。 2、浮体：浮筒主要部分，主体略扁吃水较浅，尾管略长重心较低。 3、尾管及重锤：尾管长5060cm，尾管上套以铸铁重锤，用以调节 深度。 测波浮标 二、锚链 v 钢制链条，水深小于20m时，取水深两倍，大于20m时，取水深1.5倍， 此外还要加上该海区最大波高的两倍。 三、海底固定物 v 通常采用沉石和铁锚 1、沉石：适用于海底平坦地区，要求其重心低，在海底不会翻滚，以半球形 为宜，其重量轻型浮标约350kg，重型浮标约500kg，通常采用混凝土制 成。 2

16、、铁锚：适用于淤泥和乱石海区。以山字形锚最佳，无条件者亦可使用其他 形式铁锚， 但要求锚头不会缠住锚链。其重量轻型浮标约为40kg，重型浮 标为70kg。 测波浮标 v 测波仪安装 1、测波仪安放在专用的圆弧或梯形观测室中。测波室是进行 波浪观测的专用建筑，面积一般为6平方米左右，坚固、隔 热、通风，其面向海的一面凸出呈圆弧或梯形并有活动窗子 ，视野开阔能看到左右两侧最大海面。 2、测波仪安放在固定工作台上，并进行水平调整、方向调整 、倾角调整和罗经测定南北方向。 安装测波仪和测波浮标 v 浮标安放 1、安放前了解待测地点水深、地质和海浪情况，以确定浮标 规格，锚链长度和海底固定物类型。 2、浮标安放距离以测波仪实际高的20倍为宜。 3、浮标下水前要进行仔细检查。 4、投放应选择平静海面。 安装测波仪和测波浮标 波浪要素的观测 1）波浪的周期观测： v转动方向微动手轮，使望远镜瞄准，让波浪对着观测者迎 面而来，注意某一个波峰何时应于分划板上某一条横线相重 合。同时，开动秒表，