第八章-海浪的观测

第八章海浪的观测海浪是发生在海洋中的一种波动现象，是海面起伏形状的传播，是水质点离开平衡位置，作周期性振动，并向一定方向传播而形成的一种波动。海浪的时间尺度：十分之几秒的周期到几天、几个月甚至儿年的长周期波动。海浪的水平尺度：从几厘米的波长到几千千米的波长。波动恢复力：表面张力、重力、科氏力。“无风不起浪”“无风三尺浪”“风平浪静”海浪：指周期为几秒至几十秒的由于风传输给海面能量引起的波动现象。是海水运动形式之一，它的产生是外力、重力与海水表面张力共同作用的结果。形成原因：风浪、涌浪、近岸浪、内波、潮汐波、海啸、风暴潮。风浪：由风直接作用而引起的水面波动称为风浪。涌浪：由其他海区传来的波浪或由于当地的风力急剧减小、风向改变或风平息后遗留的波浪均称涌浪。近岸浪：风浪或涌浪传至浅水或近岸区后，因受地形影响发生一系列变化。内波：不同密度的水层界面处而产生的波动。潮汐波：由于天体引潮力作用所产生的波动。海啸：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。风暴潮：由于气象原因，如台风，强风暴等引起的海面异常升高现象。海浪观测的对象主要指的是风浪和涌浪风浪：由风直接作用而引起，波型不规则，背风面较陡，迎风面较平缓，波峰较大，4到5级风时，波峰翻倒破碎，出现白浪。传播方向大都和风向一致。涌浪：在风力甚小或无风水域中依靠惯性维持。波型较规则，波面圆滑，波面平坦，无破碎现象，周期大于原来风浪的周期，来源的波系叠加也可以形成。巨浪可引起海上船舶倾覆、折断和触礁，摧毁海上平台，对海上运输和施工、渔业捕捞、海上军事活动等带来很大的灾害。

巨浪可摧毁沿海的堤岸、海塘、码头、海水养殖设施等各类海工建筑物。海浪对沿岸工程设施的破坏往往是毁灭性的，二次巨浪来袭可能会破坏整个港口的设施。据测量，近岸浪对海岸的压力，可达到每平方米30～50吨。据记载，在一次大风暴中，巨浪曾把1370吨重的混凝土块移动了10米，20吨的重物也被它从4米深的海底抛到了岸上。巨浪冲击海岸能激起60-70米高的水柱。

此外，海浪有时还会携带大量泥沙进入海港、航道，造成淤塞等灾害。海浪促进海水上下层混合，使混合后水层富有氧气，满足海中鱼类和其他动植物需要；波浪发电；葡萄牙的“海蛇”海浪发电站世界首座商用波浪能发电厂

海浪基本要素

1

观测方法

2

3

测波仪（光学式测波仪）

4目测海浪波浪要素波峰：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λ：相邻的两个波峰（或波谷）间的水平距离，单位米；波陡δ：波高与波长之比，它是表示波形陡峭的量；波龄：波速和风速之比，表示波浪发展程度。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；波速c：波峰（或波谷）在单位时间内的水平位移；波向：波浪传来的方向。波峰线：空间的波系中，垂直于波向的波峰连线。实际海浪实际海浪上跨零点下跨零点

大波的平均波高周期的换算关系有效周期波长、周期和波速d是水深，g是重力加速度。当水深d大于或等于半波长（L/2）时得到，双曲正切函数海浪观测方法海浪观测既要在岸边台站上进行，也要在海上或船上实施。岸边台站的海浪观测者是为了取得沿岸较有代表性的海浪资料，观测地点应面向开阔海面，避免岛屿、暗礁和沙洲等障碍物。海上或船上的观测者获得的离岸较远的开阔海域的海浪资料，可用于理论研究、风浪预报、船舶航行及捕捞等。海浪观测的主要内容是风浪和涌浪的波面时空分布及其外貌特征，观测项目包括海浪的波高、周期、波向、波型和海况。仪器目前仅可以测量前三者，其他为目测。海浪观测时间为：大面或断面的测站，船到站即测。海上连续测站，每3小时观测一次，时间为02，05，08，11，14，17，20，23时；海滨测站的目测时间则为08，11，14，17时。测波方法分类浅水测波通常采用易于固定的测波仪，深水测波一般采用浮球式加速度型测波仪单点测量在某一点上测量水表面的高度变化。一阻容式测波仪器安装在固定平台上，由于悬挂在海水中的电阻丝的阻值与海水并联而产生变化从而实现波浪测量。广为应用的测量仪器使用了高电导铠装电缆，所测量的是电缆之间海水通路的电阻，该电阻随水位升降而减小或增大，这种测量仪器坚固耐用，但是必须预先知道海水电导随温度和盐度的变化情况，同时也必须掌握导电通路的几何形状。采用绝缘导钱，它的电容和水位存在函数关系，能用来测量波高，但是测量准确很差。其原因是海水下落后所留下的水膜仍会影响电阻值，致使波高测值失真，绝缘材料缓慢吸收水分之后，也会改变它的绝缘性能，从而使仪器的响应产生缓慢的漂移。单点测量二压力法测波海洋波浪在其下方产生可测的压力起伏，与波高在一定条件下具以下关系：三、惯性法测量测量水表垂直加速度的方法可以避开在外海测量波高时寻找合适参考坐际困难，就平均值而论，海平面是不变的，因此没有平均加速度，所以垂直加速度对时间两次积分之后，就得到相对于平均海平面的海面高度，这种测量并非没有困难；低频波的加速度一般较小，为了在有高频加速度的情况下准确地测出低频波和涌浪，要求仪器对垂直加速度具有线性响应，而对水平运动不灵敏。多点测量一纵摇／横摇浮标在某点测量波高和波斜度的两个分量随时间变化的函数或利用固定平台测得的压力和水平速度两个分量测波。二沿直线测波最简单的大范围测量是沿一直线测量波高，经傅里叶变换后知道波的方向分布。三大面积测波能够保证充分的空间覆盖范围：1照相法——立体摄影测波2微波测波——雷达测波（散射信号的频移等于海洋波浪的频率）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或船长之半以外的海面作为观测区域，来估计波浪尺寸和判断海浪外貌特征。海面状况观测周期观测

波型观测

波向观测目测海浪海面状况观测海面状况（海况）是指在风力作用下的海面外貌特征，根据波峰的形状，峰顶的破碎程度和浪花出现的多少，可将海况分为10级。波向观测观测波向时，观测员站在船只较高位置，利用罗经方位仪，使其瞄准线平行于离船舷较远的波峰线，转动90°后读取罗经示度盘上波浪来向的示数即为波向。当海上无浪或浪向不明时波向记C，风浪和涌浪同时存在时，波向分别观测。波向分16个方位：波型观测目视判断所属波型风浪波型记F

涌浪波型记U两者并存时：波高风浪≈涌浪时记FU风浪＞涌浪时记F/U风浪＜涌浪时记U/F周期的观测当波长小于船长时，可以相邻两个显著波峰经过海面浮动的某一标志物的时间间隔作为这个波的周期；当波长大于船长时，应以船身为标志物，相邻两个显著波峰经过此物的时间间隔，作为这个波的周期。周期的观测一、周期观测：观测员手持秒表，注视随海面浮动的某一标志物，当一个显著的波浪的波峰过此物时，启动秒表，待相邻波峰再经过此物时，关闭秒表，读取记录时间，即为这个波的周期。二、平均周期观测：观测员手持秒表，当波峰经过海面上的某标志物或固定点时，开始记时，测量11个波峰相继经过此物的时间，如此测量三次，将三次时间相加除以30即得平均周期。部分大波波高及周期观测根据观测的平均周期，计算出100个波浪所需时间，在这段时间内目测15个显著波的波高及周期，取其中10个较大的波高平均值，作为1/10部分大波波高值，根据波级表得出波级。波长和波速的计算将观测的周期代入下式中,求出波长波速。深水波长深水波速T:周期光学式测波仪常用的海浪观测仪器有6种：1）视距测波仪，也叫光学测波仪；2）电阻和电容测波仪；3）压力测波仪；4）声学测波仪；5）重力测波仪；6）遥感测波仪。

光学测波仪主要测定的是波高、周期、波向和波长，并可以测量海面上物体的距离，浮冰的速度和方向常用的有HAB-1和HAB-2型测波仪海上浮筒光学测波仪1．望远镜2．管状水准泡3．俯仰微动手轮4．解脱手柄5．方向微动手轮6.指标盘

7．水平度盘8．底座9．调平螺钉10．圆形水准泡HAB-2型测波仪示意图水平度盘7与指标盘6连接，可将解脱手柄4向前推动50度，即指标盘镜垂直轴自由转动；调整调平螺钉9，使圆行水准泡10居中，调整俯仰微动手轮3，使管状泡2居中。望远镜瞄准机构中，装有透视镜网格的分划板，如下H表示仪器物镜中心在海平面的设计高度。F表示望远镜物镜焦距。B表示波高标尺II上每一小格所代表的高度。V为海天交界线。由浮筒、锚链和海底固定物三个部分组成。浮标是用其浮筒的储备浮力漂浮在海面上，并用锚链系于海底固定物上，以保证其在固定点上随海面自由运动，通过测波仪观测其跳动幅度，以达到测定波高和周期的目的。一、浮筒：一般为钢制圆柱体，按海区海浪大小分为轻型和重型，浮筒由测波标杆、浮体、尾管和重锤组成。1、标杆：顶部为一漏斗状测波标志，长约1.5—2m。2、浮体：浮筒主要部分，主体略扁吃水较浅，尾管略长重心较低。3、尾管及重锤：尾管长50—60cm，尾管上套以铸铁重锤，用以调节深度。测波浮标二、锚链钢制链条，水深小于20m时，取水深两倍，大于20m时，取水深1.5倍，此外还要加上该海区最大波高的两倍。三、海底固定物通常采用沉石和铁锚1、沉石：适用于海底平坦地区，要求其重心低，在海底不会翻滚，以半球形为宜，其重量轻型浮标约350kg，重型浮标约500kg，通常采用混凝土制成。2、铁锚：适用于淤泥和乱石海区。以山字形锚最佳，无条件者亦可使用其他形式铁锚，但要求锚头不会缠住锚链。其重量轻型浮标约为40kg，重型浮标为70kg。测波浮标测波仪安装1、测波仪安放在专用的圆弧或梯形观测室中。测波室是进行波浪观测的专用建筑，面积一般为6平方米左右，坚固、隔热、通风，其面向海的一面凸出呈圆弧或梯形并有活动窗子，视野开阔能看到左右两侧最大海面。2、测波仪安放在固定工作台上，并进行水平调整、方向调整、倾角调整和罗经测定南北方向。安装测波仪和测波浮标浮标安放1、安放前了解待测地点水深、地质和海浪情况，以确定浮标规格，锚链长度和海底固定物类型。2、浮标安放距离以测波仪实际高的20倍为宜。3、浮标下水前要进行仔细检查。4、投放应选择平静海面。安装测波仪和测波浮标波浪要素的观测1）波浪的周期观测：转动方向微动手轮，使望远镜瞄准，让波浪对着观测者迎面而来，注意某一个波峰何时应于分划板上某一条横线相重合。同时，开动秒表，等到几个连续的波峰相继通过这条横线后，停下秒表。根据时间和波峰的个数算出周期。2）波浪的高度观测：波高是用位于分划板右方的波高标尺来测定。观测时使分划板的波高标尺对准海上浮筒标杆顶端，转动俯仰微调手轮使管状水准泡居中，密切注视浮筒的跳动，同时启动秒表，观测记录下浮标最低格数和最高格数，利用公式可得出波高值。3）波向的观测：第一种情况，是波浪向岸边传来或由岸边向外传去，观测时使望远镜分划板的基准水平线与波峰平行，如果波浪向岸边传来，物镜下方刻度盘的度数即为波向，如果波浪运动方向由岸边向外传去，则目镜下方刻度盘的读数即为波向。第二种情况，波浪的传播方向与岸线夹角较小或近似平行的情况转动望远镜，使波浪沿分划板的水平距离标尺线与波浪的传播方向垂直，读目镜下方刻度盘上的度数，如波浪自观测者右方传向左方，由上述读数减去90°即为波向，如波浪自观测者的左方传向右方。则上述读数加90°即为波向。4）波长的观测波长的观测由分划板的水平距离标尺线进行，调整俯仰螺丝使管状水泡居中，测出两个接踵而来的波峰之间占几格.5）波速的观测波速是指波形传播的速度，即波峰每秒移动的距离，用m/s表示，观测时转动望远镜，使波向面向观测者移动，找出一个显目波峰在距离标尺线的位置，同时开启秒表，波峰通过距离标尺为100m所需要的时间为波速。例如波峰通过100m所需的时间为8秒，那么，波速为100/8=12.5m/s，所得结果乘上系数Z为测定值。加速度测波仪

可测量波浪和表层海水温度,是一种能自动定时(或连续)地进行测量的小型浮标系统，波高0.3m-20m，周期2S-20S，水温测量:-3°C--45°C，仪器由浮标和接收终端两