第八章 海浪观测

1、第八章第八章 海浪观测海浪观测主要内容主要内容海浪概述海浪概述海浪基本要素海浪基本要素目测海浪目测海浪测波仪器简介测波仪器简介123Phillips共振共振机制机制Miles切切流不稳定机制流不稳定机制海浪是怎样生成、发展的？海浪是怎样生成、发展的？4nJohn Wilder Miles(1920.12.01-2008.10.20)1942本、本、1943硕、硕、1944博博1957发表波浪生成机制文章发表波浪生成机制文章nOwen Martin Phillips(1930.12.30-2010.10.13)1952本、本、1955博博1957发表波浪生成机制文章发表波浪生成机制文章概述概述n

2、 海洋中的波动海洋中的波动时间尺度：十分之几秒时间尺度：十分之几秒-几天、几个月、几年几天、几个月、几年空间水平尺度：几厘米空间水平尺度：几厘米-几千千米几千千米恢复力：表面张力、重力、科氏力恢复力：表面张力、重力、科氏力5n本章涉及的海浪指周期为几秒到几十秒的、风能本章涉及的海浪指周期为几秒到几十秒的、风能量传输给海面引起的波动现象量传输给海面引起的波动现象n海浪海浪观测的主要对象：风浪、观测的主要对象：风浪、涌浪涌浪6由由当地风当地风引起且引起且直到观测时仍处于直到观测时仍处于风力作用下的海面风力作用下的海面波浪波浪成长取决于成长取决于风速风速、风区风区、风时风时7u风浪风浪风区风区：速度

3、、方向基本恒定的风：速度、方向基本恒定的风在在一定时间一定时间内所历经的海区长度内所历经的海区长度风时风时：速度、方向基本恒定的风：速度、方向基本恒定的风所吹的时间所吹的时间8风浪外形比较杂乱粗糙，有时伴有浪花和泡沫，风浪外形比较杂乱粗糙，有时伴有浪花和泡沫，传播方向大多与风向一致传播方向大多与风向一致外形比较规则，波面比较光滑，周期大于原外形比较规则，波面比较光滑，周期大于原来风浪周期，且随传播距离增加而逐渐增大来风浪周期，且随传播距离增加而逐渐增大9u涌浪涌浪风浪离开风浪离开风的作用区域风的作用区域后，在风力甚小或无后，在风力甚小或无风水域中依靠惯性维持的波浪风水域中依靠惯性维持的波浪10

4、风前风前风浪和涌浪在浅海传播时，由于地形的影响，风浪和涌浪在浅海传播时，由于地形的影响，在海岸与岛屿附近常出现折射、绕射、反射、倒在海岸与岛屿附近常出现折射、绕射、反射、倒卷和破碎现象卷和破碎现象传播过程中波向、波速、波形及其他性质都在传播过程中波向、波速、波形及其他性质都在不断发生变化不断发生变化波峰守恒波峰守恒11能量巨大：船舶摇摆颠簸、船速减小、航向偏移，能量巨大：船舶摇摆颠簸、船速减小、航向偏移，沉船事故，对航海、捕捞和其他海上作业危害很大沉船事故，对航海、捕捞和其他海上作业危害很大破坏性强：冲击海岸防护、港口码头、防波堤破坏性强：冲击海岸防护、港口码头、防波堤泥沙泥沙搬运：海港淤积、

5、航道变浅，影响船只进出搬运：海港淤积、航道变浅，影响船只进出12n海浪观测的重要性海浪观测的重要性促进混合：搅拌上下层海水，混合水层富营养化促进混合：搅拌上下层海水，混合水层富营养化能源利用：海浪发电能源利用：海浪发电1314日本三菱重工建造的集装箱船“mol comfort”号，事故是由“恶劣天气使船舶从中部断裂，海水进入货舱”造成的。事故发生海域当时有高达6米的强浪15灾害性海浪畸形波灾害性海浪畸形波(freak wave)16观测项目：海面状况、波型、波向、周期、波高观测项目：海面状况、波型、波向、周期、波高利用观测值计算：波长、波速、部分大波波高利用观测值计算：波长、波速、部分大波波高

6、观测方式：目测、仪器测量观测方式：目测、仪器测量(波高、波向、周期波高、波向、周期)观测时间：观测时间：连续站：每连续站：每3小时一次，小时一次，2、5、8、11、14、17、20、23时观测时观测大面站：船到站即观测大面站：船到站即观测同时应观测风速、风向、水深同时应观测风速、风向、水深17n海浪观测的主要项目海浪观测的主要项目观测风浪观测风浪和涌浪的波面时空分布及其外貌特征和涌浪的波面时空分布及其外貌特征188.1 海浪的基本要素海浪的基本要素一、海浪的基本要素一、海浪的基本要素19波长波长/ /波数波数周期周期/ /频率频率振幅振幅波高波高波速波速波陡波陡：波高：波高/ /波长，表示波形

7、陡峭的程度波长，表示波形陡峭的程度波龄波龄：波速：波速/ /风速，表示波浪发展程度的量；风速，表示波浪发展程度的量；波浪初期小，随波浪成长逐渐增大波浪初期小，随波浪成长逐渐增大谐波谐波振幅振幅波高波高波长波长海面描述海面描述Longuet-Higgins20不同频率波的合成不同频率波的合成21海面合成海面合成复杂的实际海面复杂的实际海面22上跨零点、下跨零点上跨零点、下跨零点显著波峰、波谷显著波峰、波谷海浪统计特征海浪统计特征23实际海面杂乱无章，同时存在各种尺度的波浪，实际海面杂乱无章，同时存在各种尺度的波浪，无法精确描述无法精确描述1111NiiNiiHHNTTN在海上固定点连续观测到在海

8、上固定点连续观测到N个波个波高和周期记录高和周期记录平均波高：所有波高的平均值平均波高：所有波高的平均值平均周期：所有周期的平均值平均周期：所有周期的平均值平均波高、平均周期平均波高、平均周期24将海上将海上固定点连续观测固定点连续观测到的到的N个波高和周期记个波高和周期记录录，按按波高或周期由大到小波高或周期由大到小排列排列1/p部分大波的平均波高：总个数的部分大波的平均波高：总个数的1/p个个大波大波波高的平均值，简称为波高的平均值，简称为1/p部分大波波高，常用：部分大波波高，常用：1/10、1/3(有效波高有效波高)/10/101/101/1011/3/31/31/3111010,33

9、,NNjjjjNNjjjjHH TTNNHH TTNNTj：与：与Hj对应的波的周期对应的波的周期1/p部分大波的平均波高部分大波的平均波高251/p部分大波的平均波高、周期与平均波高、周期关系部分大波的平均波高、周期与平均波高、周期关系1/101/101/31/31/101/31/3,1.141.31 ,1.15HKHHKHTTTTT二、周期、波长和波速二、周期、波长和波速26一个波的波长一个波的波长L、波速、波速C与周期与周期T的关系的关系22222gTdLthLgTdCthL水深水深d=L/2时：时：20022gTLgTC三、波向和波峰线三、波向和波峰线27波向：波浪波向：波浪传来传来的

10、方向的方向波峰线：垂直于波向的波峰连线波峰线：垂直于波向的波峰连线28四、海浪谱四、海浪谱一维海浪谱一维海浪谱二维海浪谱二维海浪谱298.2 目测海浪目测海浪目测海浪时，观测员应站在目测海浪时，观测员应站在船只迎风面船只迎风面，以离，以离船身船身30 m(或船长一半或船长一半)以外的海面作为观测区域以外的海面作为观测区域30观测内容：观测内容： 海况海况 波型波型 波波向向 周期周期 波高波高一、海面状况一、海面状况(海况海况)观测观测31海况海况等级等级海面征状海面征状波高范波高范围围(m)0海面光滑如镜，或仅有涌浪存在海面光滑如镜，或仅有涌浪存在01波纹或涌浪和小波纹同时存在波纹或涌浪和小

11、波纹同时存在0-0.12波浪很小，波峰开始破裂，浪花不显白色而仅呈玻璃色波浪很小，波峰开始破裂，浪花不显白色而仅呈玻璃色0.1-0.53 3波浪不大，但很触目，波峰破碎；有些地方形成白色浪花波浪不大，但很触目，波峰破碎；有些地方形成白色浪花( (白浪白浪) )0.5-1.254波浪具有明显的形状，到处形成白浪波浪具有明显的形状，到处形成白浪1.25-2.55 5出现高大波峰，浪花占了波峰上很大面积，风开始削去波峰上的浪花出现高大波峰，浪花占了波峰上很大面积，风开始削去波峰上的浪花2.5-4.06波峰上被风削去的浪花，开始沿着波浪斜面伸长成带状，波峰出现风波峰上被风削去的浪花，开始沿着波浪斜面伸

12、长成带状，波峰出现风暴波的长波形状暴波的长波形状4.0-6.07 7风削去的浪花布满了波浪斜面，有些地方到达波谷，波峰上布满浪花风削去的浪花布满了波浪斜面，有些地方到达波谷，波峰上布满浪花层层6.0-9.08稠密的浪花布满波浪斜面，海面变成白色，只有波谷有些地方没有浪稠密的浪花布满波浪斜面，海面变成白色，只有波谷有些地方没有浪花花9.0-14.09 9整个海面布满稠密的浪花层，空气中充满水滴和飞沫，能见度显著降整个海面布满稠密的浪花层，空气中充满水滴和飞沫，能见度显著降低低14.0海况：在风力作用下的海面外貌特征海况：在风力作用下的海面外貌特征3233二、波型观测二、波型观测1. 波型波型风浪

13、：波型极其不规则，风浪：波型极其不规则，背风面较陡，迎风面较平背风面较陡，迎风面较平缓，波峰较大，波峰线较缓，波峰较大，波峰线较短，短，45级风时，波峰翻级风时，波峰翻倒破碎，出现白浪，波向倒破碎，出现白浪，波向一般与平均风向一致，有一般与平均风向一致，有时偏离平均风向时偏离平均风向20左右左右涌浪：波型较规则，涌浪：波型较规则，波波面平坦圆滑面平坦圆滑，波峰线较长，波峰线较长，无破碎现象无破碎现象波型为风浪时记波型为风浪时记F波型为涌浪时记波型为涌浪时记U风浪、涌浪并存且具备原有的外貌特征时：风浪、涌浪并存且具备原有的外貌特征时：风浪、涌浪波高相差不多时记风浪、涌浪波高相差不多时记FU风浪波

14、高大于涌浪波高时记风浪波高大于涌浪波高时记F/U风浪波高小于涌浪波高时记风浪波高小于涌浪波高时记U/F342. 波型记法波型记法三、三、 波向观测波向观测35用罗经的方位仪，用罗经的方位仪，使其瞄准线平行于使其瞄准线平行于离船较远的波峰线，离船较远的波峰线，转动转动90后，使其后，使其对着波浪的来向对着波浪的来向，罗经刻度盘的度数罗经刻度盘的度数即为波向即为波向海面无波或波向不明时，记海面无波或波向不明时，记C风浪、涌浪同时存在时，波向分别观测风浪、涌浪同时存在时，波向分别观测波向分波向分16个方位个方位36用罗经的方位仪，用罗经的方位仪，使其瞄准线平行使其瞄准线平行于离船较远的波于离船较远的

15、波峰线，转动峰线，转动90后，使其后，使其对着波对着波浪的来向浪的来向，罗经，罗经刻度盘的度数即刻度盘的度数即为波向为波向海面无波或波向不明时，记海面无波或波向不明时，记C风浪、涌浪同时存在时，波向分别观测风浪、涌浪同时存在时，波向分别观测1. 周期的观测周期的观测观测员手持秒表，注视随海面浮动的某一标志观测员手持秒表，注视随海面浮动的某一标志物物(波长大于船长时，应以船身为标志物波长大于船长时，应以船身为标志物)当一个显著的波的波峰经过此物时，启动秒表，当一个显著的波的波峰经过此物时，启动秒表，待相邻的波峰再经过此物时，关闭秒表待相邻的波峰再经过此物时，关闭秒表记录时间即为波的周期记录时间即

16、为波的周期2. 平均周期的观测平均周期的观测测量测量11个波峰经过某一标志物的时间，测量三个波峰经过某一标志物的时间，测量三次，结果相加除以次，结果相加除以30，即为平均周期，即为平均周期两次测量的时间间隔不得超过两次测量的时间间隔不得超过1分钟分钟37四、四、 周期和平均周期的观测周期和平均周期的观测根据观测得到的平均周期，计算根据观测得到的平均周期，计算100个波个波浪所需的时间浪所需的时间(100平均周期平均周期)在此时间内，目测在此时间内，目测15个显著波个显著波(较大的、较大的、发展完好的波浪发展完好的波浪)的波高的波高取取15个波中个波中10个较大的波高的平均值作为个较大的波高的平

17、均值作为1/10部分大波波高部分大波波高利用利用1/10大波波高查波级表得波级大波波高查波级表得波级38五、五、 部分大波波高的观测部分大波波高的观测39波级波级波级波级波高范围波高范围(m)海浪名称海浪名称000无浪1H1/30.1H1/100.1微浪20.1H1/30.50.1H1/100.5小浪30.5H1/31.250.5H1/101.5轻浪41.25H1/32.51.5H1/103.0中浪52.5H1/34.03.0H1/105.0大浪64.0H1/36.05.0H1/107.5巨浪76.0H1/39.07.5H1/1011.5狂浪89.0H1/314.011.5H1/1018.0狂

18、涛9H1/314.0H1/1018.0怒涛将观测到的周期代入波长、波速公式将观测到的周期代入波长、波速公式4022222gTdLthLgTdCthL20022gTLgTC浅水浅水深水深水六、六、 波长和波速的计算波长和波速的计算418.3 测波仪器简介测波仪器简介一、波浪骑士浮标一、波浪骑士浮标42提供二维方向谱等统提供二维方向谱等统计信息计信息利用卫星传输数据利用卫星传输数据1. 基本原理基本原理采用重力加速度原理进采用重力加速度原理进行波浪测量行波浪测量波浪浮标随波面变化作波浪浮标随波面变化作升沉运动，浮标内的垂升沉运动，浮标内的垂直加速度计输出一个反直加速度计输出一个反映波面升沉运动的变化映波面升沉运动的变化信号，处理后可得到波信号，处理后可得到波高的各种特征值及其对高的各种特征值及其对应的周期应的周期43二、二、SZF2-1型测波仪型测波仪1小时定时测量小时定时测量浮标在每天浮标在每天24个整时进行测量个整时进行测量浮标内的传感器在正点前的浮标内的传感器在正点前的21分钟加电，传分钟加电，传感器通电后稳定感器通电后稳定3分钟，工作分钟，工作17分钟，发射机分钟，发射机工作工作1分钟，之后断电分钟，之后断电442. 工作方式工