第八章海浪观测

第八章海浪观测主要内容海浪概述海浪基本要素目测海浪测波仪器简介123Phillips共振机制Miles切流不稳定机制海浪是怎样生成、发展的？4JohnWilderMiles(1920.12.01-2008.10.20)1942本、1943硕、1944博1957发表波浪生成机制文章OwenMartinPhillips(1930.12.30-2010.10.13)1952本、1955博1957发表波浪生成机制文章概述海洋中的波动时间尺度：十分之几秒--几天、几个月、几年空间水平尺度：几厘米--几千千米恢复力：表面张力、重力、科氏力5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海浪观测的主要对象：风浪、涌浪6由当地风引起且直到观测时仍处于风力作用下的海面波浪成长取决于风速、风区、风时7风浪风区：速度、方向基本恒定的风在一定时间内所历经的海区长度风时：速度、方向基本恒定的风所吹的时间8风浪外形比较杂乱粗糙，有时伴有浪花和泡沫，传播方向大多与风向一致外形比较规则，波面比较光滑，周期大于原来风浪周期，且随传播距离增加而逐渐增大9涌浪风浪离开风的作用区域后，在风力甚小或无风水域中依靠惯性维持的波浪10风前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、倒卷和破碎现象传播过程中波向、波速、波形及其他性质都在不断发生变化波峰守恒11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破坏性强：冲击海岸防护、港口码头、防波堤泥沙搬运：海港淤积、航道变浅，影响船只进出12海浪观测的重要性促进混合：搅拌上下层海水，混合水层富营养化能源利用：海浪发电1314日本三菱重工建造的集装箱船“molcomfort”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(freakwave)16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、部分大波波高观测方式：目测、仪器测量(波高、波向、周期)观测时间：连续站：每3小时一次，2、5、8、11、14、17、20、23时观测大面站：船到站即观测同时应观测风速、风向、水深17海浪观测的主要项目观测风浪和涌浪的波面时空分布及其外貌特征188.1海浪的基本要素一、海浪的基本要素19波长/波数周期/频率振幅波高波速波陡：波高/波长，表示波形陡峭的程度波龄：波速/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谐波振幅波高波长海面描述－Longuet-Higgins20不同频率波的合成21海面合成复杂的实际海面22上跨零点、下跨零点显著波峰、波谷海浪统计特征23实际海面杂乱无章，同时存在各种尺度的波浪，无法精确描述在海上固定点连续观测到N个波高和周期记录平均波高：所有波高的平均值平均周期：所有周期的平均值平均波高、平均周期24将海上固定点连续观测到的N个波高和周期记录，按波高或周期由大到小排列1/p部分大波的平均波高：总个数的1/p个大波波高的平均值，简称为1/p部分大波波高，常用：1/10、1/3(有效波高)Tj：与Hj对应的波的周期1/p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、周期关系二、周期、波长和波速26一个波的波长L、波速C与周期T的关系水深d>=L/2时：三、波向和波峰线27波向：波浪传来的方向波峰线：垂直于波向的波峰连线28四、海浪谱一维海浪谱二维海浪谱298.2目测海浪目测海浪时，观测员应站在船只迎风面，以离船身30m(或船长一半)以外的海面作为观测区域30观测内容：海况波型波向周期波高一、海面状况(海况)观测31海况等级海面征状波高范围(m)0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0.1-0.53波浪不大，但很触目，波峰破碎；有些地方形成白色浪花(白浪)0.5-1.254波浪具有明显的形状，到处形成白浪1.25-2.55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，波峰出现风暴波的长波形状4.0-6.07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花9.0-14.09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>14.0海况：在风力作用下的海面外貌特征3233二、波型观测1.波型风浪：波型极其不规则，背风面较陡，迎风面较平缓，波峰较大，波峰线较短，4~5级风时，波峰翻倒破碎，出现白浪，波向一般与平均风向一致，有时偏离平均风向20˚左右涌浪：波型较规则，波面平坦圆滑，波峰线较长，无破碎现象波型为风浪时记F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、涌浪波高相差不多时记FU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U/F342.波型记法三、

波向观测35用罗经的方位仪，使其瞄准线平行于离船较远的波峰线，转动90˚后，使其对着波浪的来向，罗经刻度盘的度数即为波向海面无波或波向不明时，记C风浪、涌浪同时存在时，波向分别观测波向分16个方位36用罗经的方位仪，使其瞄准线平行于离船较远的波峰线，转动90˚后，使其对着波浪的来向，罗经刻度盘的度数即为波向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1.周期的观测观测员手持秒表，注视随海面浮动的某一标志物(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，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2.平均周期的观测测量11个波峰经过某一标志物的时间，测量三次，结果相加除以30，即为平均周期两次测量的时间间隔不得超过1分钟37四、

周期和平均周期的观测根据观测得到的平均周期，计算100个波浪所需的时间(100×平均周期)在此时间内，目测15个显著波(较大的、发展完好的波浪)的波高取15个波中10个较大的波高的平均值作为1/10部分大波波高利用1/10大波波高查波级表得波级38五、

部分大波波高的观测39波级波级波高范围(m)海浪名称000无浪1H1/3<0.1H1/10<0.1微浪20.1≤H1/3<0.50.1≤H1/10<0.5小浪30.5≤H1/3<1.250.5≤H1/10<1.5轻浪41.25≤H1/3<2.51.5≤H1/10<3.0中浪52.5≤H1/3<4.03.0≤H1/10<5.0大浪64.0≤H1/3<6.05.0≤H1/10<7.5巨浪76.0≤H1/3<9.07.5≤H1/10<11.5狂浪89.0≤H1/3<14.011.5≤H1/10<18.0狂涛9H1/3≥14.0H1/10≥18.0怒涛将观测到的周期代入波长、波速公式40浅水深水六、

波长和波速的计算418.3测波仪器简介一、波浪骑士浮标42提供二维方向谱等统计信息利用卫星传输数据1.基本原理采用重力加速度原理进行波浪测量波浪浮标随波面变化作升沉运动，浮标内的垂直加速度计输出一个反映波面升沉运动的变化信号，处理后可得到波高的各种特征值及其对应的周期43二、SZF2-1型测波仪1小时定时测量浮标在每天24个整时进行测量浮标内的传感器在正点前的21分钟加电，传感器通电后稳定3分钟，工作17分钟，发射机工作1分钟，之后断电442.工作方式45波浪浮标投放46四、水下测波装置水下装置：隐蔽性好，不易被破坏海面浮标：容易丢失通过记录海水的压力变化，间接算出海面的波动采用流体静力学假设压力式测波仪所记录的曲线随水深衰减，须做深度订正多用于浅水区471.压力式测波仪如一个倒置海底的回声测深仪从海底垂直向海面发射窄幅的水声脉冲