海洋科学导论ppt课件08海洋中的波动

第八章海洋中的波动第八章海洋中的波动波动的概念什么是波动？波动是某一物理量的扰动或振动在空间逐点传递时形成的运动。即指物理量或物理量的扰动在媒质（或真空）中的传播过程.过程中所传递的只是扰动的影响而非媒质本身.波的概念是物理学中少数极其重要的统一概念之一；实用上，波是信息的载体.Awavecanbedescribedasadisturbancethattravelsthroughamediumfromonelocationtoanotherlocation.波动的概念什么是波动？波动是某一物理量的扰动或振动在空间逐点共同点：是信号（能量）的传播而不是物质的传播共同点：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颗广岛原子弹海洋中的波动：海浪、潮汐、海啸、内波等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）本章提纲第一节概述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海洋中波动的特点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波动要素波长L周期T波高H频率波数振幅第一节概述波动要素波长L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浪特征值周期T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、边缘波海洋中的波动类型按照动力机制成因划分：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海浪—表面重力波海浪恢复力：重力如何描述海浪？我国物理海洋学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深水海浪的运动轨迹水质点的运动轨迹闭合，水质点运动与波形传播水质点运动与波形传播水质点运动与波形传播水质点运动波峰波谷处水质点运动情况在平均水面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，谷前峰后向下波峰波谷处水质点运动速度在平均水面水质点运动与波形传播水质点运动中等水深波深水波

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(波动的传播速度相速度定义波速：波形传播的速度波动的传播速度相速度定义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深水波和浅水波一般情况下，频散关系为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深水波和浅水波的波速波速：波形传播速度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海浪的波动能量沿波峰线单位宽度一个波长内的势能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在海洋中的各种波动中，以海浪所占据的能量最大，相当于2868海洋科学导论ppt课件08海洋中的波动海洋科学导论ppt课件08海洋中的波动海洋科学导论ppt课件08海洋中的波动海洋科学导论ppt课件08海洋中的波动波群（wavegroup）：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波动叠加波群（wavegroup）：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群速Cg对于表面重力波，群速度的方向与波峰线垂直，指向波动传波动叠加—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；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海洋科学导论ppt课件08海洋中的波动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120º，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—有限振幅波实际的波浪波面非对称，包括上下和左右不对称第三节非线性波—摆线波摆线是什么？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。内孤立波1834年，J