海洋科学导论ppt课件08海洋中的波动.ppt

第八章 海洋中的波动,波动的概念,A wave can be described as a disturbance that travels through a medium from one location to another location.,共同点：是信号（能量）的传播而不是物质的传播,海洋中的波动：海浪、潮汐、海啸、内波等在海洋中的各种波动中，以海浪所占据的能量最大，相当于28680颗广岛原子弹,本章提纲,第一节 概述第二节 小振幅重力波第三节 有限振幅波第四节 风浪和涌浪第五节 海洋内波第六节 开尔文波与罗斯贝波第七节 海啸第八节 观测、研究及应用（分散到各主要不同波动内容中）,海洋中波动的特点波动要素海浪特征值波动类型海浪的基本特性,第一节 海洋波动概述,在恢复力的作用下，质点在其平衡位置附近作周期或准周期的往复运动；,波动的特点,在恢复力的作用下，质点在其平衡位置附近作周期或准周期的往复运动；水质点运动轨迹为圆或椭圆。,海洋波动的特点,波动要素,波长 L周期 T波高 H频率波数振幅,第一节 概述,海浪特征值,周期 T波长 L波高 HH1/3,H1/4，H1/10，H1/100波陡：H/L波陡越大，非线性越强，海浪越易破碎波峰线，波向线波速,第一节 概述,海洋中的波动类型,按照动力机制成因划分：海浪：由风引起的水重力波潮波：引潮力引起海啸：海底地震等引起开尔文波：边界和科氏力作用罗斯贝波：科氏参量随纬度变化按相对水深（波长）：深水波、浅水波按波形传播：前进波、驻波按发生位置：表面波、内波、边缘波,海浪表面重力波,海浪恢复力：重力海浪具有周期性：波长一般从几厘米到几百米随机性：周期、波高、波长随机变化,如何描述海浪？海浪的线性理论-小振幅重力波,我国物理海洋学家、海浪理论的奠基人文圣常院士,假定振幅相对于波长为无限小，即波陡等于零，重力为其唯一外力的简单波动，忽略科氏力和粘性力波面方程：波数：频率频散关系：波动频率与波长之间的关系水质点的运动轨迹是闭合的,第二节 海浪的线性理论小振幅重力波,深水海浪的运动轨迹,水质点的运动轨迹闭合，运动轨迹半径随深度衰减,水质点运动与波形传播,水质点运动与波形传播,波峰波谷处,水质点运动情况,在平均水面,波峰波谷处铅直速度为零。波峰处有正的最大水平速度，波谷处有负的最大水平速度。,水质点运动速度,在平均水面水平速度为零，铅直速度最大。且在峰前谷后向上，谷前峰后向下,水质点运动与波形传播,中等水深波,深水波水深d大于半个波长时,浅水波水深d 小于(1/20)波长时,波动的传播速度,相速度定义波速：波形传播的速度,深水波和浅水波,一般情况下，频散关系为深水波:当水深d 大于半个波长时，tanh(kd)=1浅水波:当水深d 小于波长的1/20时，tanh(kd)=kd,深水波和浅水波的波速,波速：波形传播速度深水波:浅水波：水深小于波长的1/20,tanh(kd)=kd,海浪的波动能量,沿波峰线单位宽度一个波长内的势能沿波峰线单位宽度一个波长内的动能总能量,在海洋中的各种波动中，以海浪所占据的能量最大，相当于28680颗广岛原子弹,表面张力波毛细波,风浪,风浪,假潮,潮汐,波群（wave group）：两列振幅、周期、波长相近，传播方向相同的正弦波叠加。群速Cg,波动叠加,群速Cg定义：振幅包络线传播的速度群速与相速度的关系：,对于表面重力波，群速度的方向与波峰线垂直，指向波动传播方向群速度与波动能量传播的速度相同,波动叠加驻波,两列振幅、周期、波长相等，传播方向相反的正弦波叠加。,波形不传播，故称驻波。波腹：波面具有最大的升降；波节：无升降；,实际的波浪波面非对称，包括上下和左右不对称波动相速度与振幅有关水质点的运动轨迹不闭合，存在水平方向上向前的净位移，此水平位移称Stokes 漂流，也有称“波流”。波流可解释物质输运现象。对海流、波浪成长及泥沙输运有一定影响。波浪破碎：理论上证明，当波峰角小于120，或波陡大于1/7时波浪会破碎有限振幅波动主要有stokes波、摆线波、孤立波等,第三节 非线性波有限振幅波,摆线波,摆线是什么？,内孤立波,1834 年，J.S.罗素在一篇报告中提到他观察到一种奇特的自然现象，当一艘快速行驶的船突然停下来，船头出现一圆形平滑、轮廓分明的孤立波峰急速离去，滚滚向前，行进中形状和速度保持不变。,1834 年，J.S.罗素在一篇报告中提到他观察到一种奇特的自然现象，当一艘快速行驶的船突然停下来，船头出现一圆形平滑、轮廓分明的孤立波峰急速离去，滚滚向前，行进中形状和速度保持不变。,课程内容掌握,波动的概念、特征了解波动要素、海浪主要特征值熟悉小振幅重力波水质点运动特征（轨迹、运动速度）深水波和浅水波定义、波速重点掌握熟悉波动的能量熟悉波群、群速重点掌握,