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1、第四章 海浪、海流和海冰,第一节 海浪 第二节 海流 第三节 海冰,第一节 海浪 (Sea Wave),海浪是海水运动的重要形式之一，对船舶航行有极大的影响。大的海浪造成航速下降，舵效降低，甚至停止不前；在狂涛巨浪中还会出现“中垂”或“中拱”使船体结构变形，严重时造成船体断裂，导致重大海难事故。,波浪要素,波峰： 波面的最高点； 波谷： 波面的最低点； 波高H： 相邻的波峰与波谷间的垂直距离； 波长：相邻的两个波峰（或波谷）间的水平距离，单位米； 波陡：波高与波长之比（ =H/），它是表示波形陡峭的量； 波幅a： 波高的一半称为波幅； 周期T： 两相邻的波峰（或波谷）相继通过一固定点所需时间，
2、 单位为秒； 波速c： 波形传播的速度，即波峰（或波谷）在单位时间内的水 平位移； 波峰线：沿垂直于波浪传播方向通过波峰的线叫波峰线； 波向线：垂直于波峰线的线叫波向线； 波长、波速、周期三者关系：,水质点的运动与波形传播的关系,水质点的运动与波形传播的关系：深水波中海面上水质点运动的轨迹是以波高为直径的圆，当水质点运动到最高位置（即波峰到达）时，其运动方向与波向一致(为0度)。当水质点运动到最低位置（即波谷到达）时，其运动方向与波向相反(180度)。 浅水波中水质点运动的轨迹为椭圆。,波浪的分类（按成因分类）,风浪：由风直接作用而引起的水面波动称为风浪。 涌浪：风浪离开风区传至远处或者风区中
3、风停息后所留下来的波浪，称为涌浪。 近岸浪：风浪或涌浪传至浅水或近岸区后，因受地形影响将发生一系列变化，称近岸浪。 风暴潮(Storm Surge)：由于气象原因，如台风，强风暴等引起的海面异常升高现象称风暴潮，亦称风暴海啸。 海啸(Tsunami)：由于海底或海岸附近发生的地震或火山爆发所形成的波动。亦称海啸。 内波(Internal Wave)：不同密度的水层界面处而产生的波动。 潮汐波(Tidal Wave)：由于天体引潮力作用所产生的波动。,风 浪 (Wind Wave),风浪： 由风直接作用引起的水面波动，称为风浪。风浪特征，周期较短，波面不规则，波长短。波向与风向一致，波高取决于风
4、力、风区、风时。 风浪成长与风速，风时和风区的关系: 风速：一般风速越大产生的风浪也越大。这只适用于风时和风区不受限制时。 风时：同一方向的风连续作用的时间。一般对水面持续作用的时间越长，海水所获得的动能越大，风浪也越大。 风区：指风在海上吹过的距离。风区的大小对风浪的成长起着不可忽视的作用，若风区的长度不够，风浪也不能充分发展。,过渡状态：风吹到大洋上，风浪随着时间的增长而增大。风浪的成长取决于风时长短。 定常状态：指恒定的风长时间吹在有限的水域上，使海面各点的风浪要素趋于稳定。,风浪的三种状态,风浪充分成长状态：风速越大，风时越长，风浪就越发展。但风浪的发展不是无限的，当波陡接近1/7时，
5、波浪开始破碎。这是因为风传给风浪的能量，一部分用于增大波高，一部分消耗于涡动引起的摩擦，当风传给风浪的能量与涡动摩擦消耗的能量相平衡时，风浪不再继续增大，即风浪达到极限状态，这种状态称为风浪充分成长。海上实际风浪的最大高度估计可能达到25m左右. 风浪成长主要与风速、风区和风时有关。风速越大，风浪充分成长所需要的最小风区越大和最小风时越长。 另外还受水深及海域特征等因素影响。,涌 浪 (Swell),涌浪: 涌浪是指风浪离开风区后传到远处，或风区里的风停息后所遗留下的波浪。 涌浪又称长波，其波形规则，波面光滑，波速较快，波长和周期较大，波陡小。 波速公式： C =1.5T 涌浪传播过程中,在波
6、高衰减的同时，波长和周期增大,波速加快,比风暴的移速快很多,可以作风暴来临的先兆，亦称先行波。,近岸浪：当波浪传到沿岸浅水区，波向折射和绕射，波长变短，波高增大，水质点运动的速度不等，在波谷处，由于水浅，水质点受海底摩擦影响，其速度慢于波峰处水质点的速度，使波峰超过波谷，波形前侧变得陡峭突出，后侧变得平缓，从而使波浪发生倒卷和破碎。,近岸浪 (Coastal Wave),流波效应和水气温差对波浪的影响,流波效应: 波浪与海流成一定角度时，海流会影响波浪的波高、波速和传播方向等。当波浪与海流相向或接近于相向时，波高会增大2030%（流速为23kn，风速为1015m/s）。如黑潮流域上冬季风形成的
7、波浪常增大。 水气温差: 在风速相等的情况下，气温低于海温时的波高比海气温度相等时的大。据统计，气温比海温每低1 ，波高增大约5%。如气温比海温每低10 ，波高增大约50%。 在冬季西北太平洋中高纬海域，强盛的锋面气旋，气温低于海温，加之流波效应，有时出现比预料高2-3倍的异常大浪，是海事多发的海域，有“魔鬼海域”之称。,平均波高：Hp=（H1+H2+H3+Hn）/n，其中n为观测到的波的总个数，H1，H2，.Hn为各实测波的波高。 有效波高H1/3：是波浪预报的一个重要指标。将观测到的波高按大小排列起来，取1/3最大波高的平均值，称为有效波高,以符号H1/3表示。同样可定义出H1/10， H
8、1/100，H1/1000等统计波高。 H:0.63 若H1/3：1， H1/10 ：1.27, H1/100 :1.61, H1/1000 :1.94 在1000个连续波中有一个波的波高接近H1/3的2倍。应用波浪预报图时应注意。,有效波高(H1/3),浅水波和深水波,浅水波：波长远大于海深的波，浅水波的波长至少是水深的20倍（ /h 20 ）。 波速取决水深，水越深，波速越大，与波长和周期无关。 深水波：波长远小于海深的波，深水波的波长不超过水深的4倍（ /h 4）。 C 1.5T 波速与波长和周期有关，与水深无关。,群 波 (Group of Waves) 海洋中的波浪常以“群”的形式出
9、现，通常称为群波。设两列波向、振幅相同，波长和周期稍有差别的正弦波相互叠加，叠加以后的合成波形如下图。,驻 波 (Standing Wave)由两列波向相反的正弦波叠加，可以得到一种波形不向前传播的波，波面只在原地振动，称为驻波。海滨峭壁处常出现驻波，台风眼区的“金字塔浪”就是驻波。波腹处的水质点只作垂直运动，波节处的水质点只做水平运动。,海啸 (Tsunami) 海啸主要是由浅源地震引起的,又称地震波.其波长长、波速快，在大洋中波高不明显，当传至近岸时波高可巨增至10m以上，最大可达25m，危害甚大。 1896年6月15日日本三陆大海啸，浪高30.5m，损失房屋14000栋、船舶30000余
10、艘、27000人遇难。 1775年11月1日，里斯本大地震引起的海啸，浪高18m，里斯本全城建筑在6分钟内几乎倾覆殆尽，10万人死于巨浪之中。,1960年5月22日，智利8.9级地震，浪高25m。海啸后先摧毁智利沿海一切设施，然后巨浪以极快的速度涌向澳大利亚、菲利宾、夏威夷及日本沿海，时速707km。最后一直影响到鄂海和青岛。海啸波长最小17km，最大300至400km。 1970年11月一个热带气旋在孟加拉沿海引起的大海啸,巨浪高达20m,造成30万人死于这次严重的灾难. 2004年12月印度洋大海啸,夺走十几万人的生命和无数的财产,使数十万人无家可归。 世界上最常遭受海啸袭击的国家和地区有
11、：日本、菲律宾、印尼、加勒比海，墨西哥沿海和地中海。,内波 (Internal Wave) 内波：是密度相差较大的水层界面上的波动。可在各种深度的海洋中产生，其波高比表面波大的多，常可达几十米，甚至近百米。会产生“死水”和“共振”现象。遇此现象时应改变航向或航速。 1963年6月10日，美国“长尾鲨”号核潜艇在波斯顿以东深海作超水下300m深潜。由于机舱内海水系统完全损坏，耐压壳体招架不住海水的压力，船体炸的粉身碎骨，129名试航人员全部遇难。,风暴潮（Storm Surge）,风暴潮是指因强热带风暴、台风、寒潮等强风暴影响引起的海面异常升高、潮位大大超过平常潮位的现象。统计表明，气压每降低1
12、hPa，海面大约升高1cm。 风暴潮最严重的地区是日本沿岸、美国东海岸、墨西哥湾沿岸、太平洋赤道以北的一些群岛和中国沿岸。我国风暴潮多发区有莱州湾、渤海湾、长江口至闽江口、汕头至珠江口、雷州湾和海南岛东北角一带。其中，汕头至珠江口和莱州湾是严重多发区。,世界海洋的风、浪,太平洋上的风、浪 北太平洋 冬季，由于阿留申低压的影响，北太平洋中高纬大风和大的浪分布范围很广，大风、大浪频率很高,大洋西部高于东部。 夏季，除热带气旋活动外，整个北太平洋十分平静。 南太平洋 低纬洋面上常年盛行3-4级东南信风，中高纬终年狂风恶浪，有“咆哮西风带”之称。,大西洋上的风、浪,北大西洋 冬季，由于冰岛低压强烈发展
13、，北大西洋中、高纬度海域的大风浪十分强烈，分布范围很广。大风频率达40 %以上，大浪频率达50 %以上，大洋西部高于东部，是世界海洋上最著名的狂风恶浪海域之一。低纬度风浪较小。 夏季，除格陵兰和冰岛南部海域有大风浪外，整个大西洋相对比较平静。 南大西洋 南大西洋低纬洋面上常年盛行3-5级东南信风，中高纬终年狂风恶浪，好望角附近，风力常达11级，海面狂浪怒涛。,印度洋上的风、浪,北印度洋 冬季，北印度洋盛行东北季风，一般3-4级海面较平静，是航海的黄金季节。 夏季，整个北印度洋上为强劲的西南季风控制，风力常可达8-9级或以上，浪高达6米以上，7-8月最强盛。尤其是在索科特拉岛东南部海域，大风频率
14、高达40 % ，大浪频率高达74 % ，是世界海洋上大浪频率最高的海域。 南印度洋 南印度洋中高纬度终年狂风恶浪，冬季可延伸到南纬10度海域，在大洋中部有一个大风浪高发区。夏季，大风浪区略向南收缩，达南纬20度附近。,我国近海的风、浪,冬季：盛行偏北风，风力较强。渤海、黄海多西北风西北浪，东海北风和东北风，南海东北风东北浪。 夏季：盛行偏南风，风力较弱。渤海、黄海及东海北部为东南风东南浪，东海南部和南海为西南风偏南浪。 年平均大风日数：东海沿岸最多，黄海、渤海沿岸次之，南海沿岸最少。 我国近海的海浪主要受季风影响，台湾海峡浪高最大。冬季，山东半岛成山头附近、济州岛以南海域、琉球群岛西侧海域、台
15、湾海峡及台湾以东的近海海面，均属大浪区。夏季，除热带气旋造成的大浪外，风浪均较小。,1月大风（7级）频率,7月大风（7级）频率,1月波高分布,7月波高分布,第二节 海流（Ocean Current）,海流:是指海洋中的海水具有相对稳定速度的流动，它是海水运动的形式之一。海流不仅对航海有不可忽视的影响，而且对天气和气候也有显著的影响。 流向: 海流的方向是指去向，常用8个方位或以度为单位表示。例如，由西向东的流，流向为900，称为东流。海流的主轴是指海流流动方向上流速最大点的连线。海流的规模常用流幅来表示，流幅是指垂于主轴的水平宽度和上下厚度。海流的强弱常用平均流速或平均流量表示。 流速: 流速
16、的单位常用Kn（节）和n mile/d（海里/日）表示。,海流的分类,海流按其成因大致可分三大类:风海流、地转流和补偿流。 风海流是海洋上最主要的海流，其强度较强。风海流是在海面风作用下形成的海水流动。 海流的成因主要是盛行风带、地转偏向力、和海陆分布等因子共同作用的结果。 实际上由单一原因产生的海流极少，往往是几个因子共同作用的结果，但有主次，近海以潮流为主，外海多风海流和梯度流。,风海流 (Wind Current),风海流：包括风生流和漂流，是在海面风作用下形成的海水流动。通常将大范围盛行风所引起的流向、流速常年都比较稳定的风海流称为定海流，亦称为漂流或吹流。而将某一短期天气过程或阵风形成的海流称为风生流。其流速和流向随风向、风速而变化。,表层风海流的流速: 无限深海的风海流表层流速可用下面经验公式计算： m/s 式中：v0为流速（kn），w 为海面风速（m/s）， 为纬度。 此式表明：漂流的流速与海面风速成正比，与所在纬度正弦的平方根成反比。,表层风海流的方向和大小,表层风海流的流向
