Все о море
Сайт-энциклопедия о море
Как образуются, развиваются и затухают ветровые волны и в чем их особенности?
По современным научным данным, ветровые волны образуются под влиянием передачи энергии ветра водным частицам из-за неравномерного его давления, возникающего при турбулентном (вихревом) движении проносящегося воздушного потока.
Характер волновых колебаний и их разнообразие зависят от интенсивность турбулентных пульсаций давления ветра. Так, капиллярные волны при ветре. После прекращения ветра быстро затухают под действием сил вязкости и поверхностного натяжения воды. При усиливающемся ветре капиллярные волны увеличиваются до определенных размеров, преобразуясь в гравитационные.
Рост, формирование и изменение ветровых волн зависят от величины энергии, передаваемой ветром волнам, ее дальнейшего распределения и трансформации.
С увеличением скорости ветра до 7-8 м/с на гребнях волн появляется белая пена барашки. По мере увеличения своих размеров волны начинают действовать на воздушный поток, и над взволнованной поверхностью воды создается неравномерное распределение сил давления воздушного потока, способствующее дальнейшему росту волн.
Ветер непрерывно пульсирует с разными скоростью и направлением, при этом пульсация усиливается с увеличением скорости ветра и ростом элементов волн, вследствие чего одновременно образуются волны с различными высотами, длинами, периодами, направлениями и скоростями распространения. Возникают сложные формы взволнованной водной поверхности, непрерывно меняющиеся во времени и пространстве.
Гребни волн, иногда островершинные, а иногда в виде вытянутых и искривленных гряд сменяются разнообразными ложбинами.
Таким образом, поверхность волнующегося моря имеет постоянно меняющиеся сложные очертания, а элементы волн - высота, длина, период и др. - разнообразны и нерегулярны.
Непостоянный характер и неравномерный рост ветровых волн ограничиваются скоростью (силой) ветра, которая разрушает и опрокидывает гребни. При этом бурные порывы ветра срывают верхушки гребней. Потому во время шторма самыми опасными для судов волны бывают не тогда, когда ветер бушует с особой яростью, а когда он начинает стихать.
При усилении ветра высота волн может значительно увеличиться за короткое время - нередко за 5-6 часов от 5 до 8 м.
Характерно также, что волны максимальной высоты при шторме возникают через 3-6 часов (иногда и более) после момента наибольшей скорости ветра.
При каждом ветровом волнении образуется около 40 % волн средней или большей высоты, а от 2 до 5 % имеют максимальную высоту, превышающую среднюю в два и более раза. Особенности ветровых волн очень важно учитывать в мореплавании.
Каково внутреннее строение поступательных волн? Поступательные волны (ветровые, приливные и др.) характеризуются тем, что у них перемещается только форма (профиль) волны. Частицы же жидкости движутся по почти замкнутым круговым или эллипсовидным орбитам в вертикальной плоскости, расположенной перпендикулярно фронту волны. Поэтому плавающий предмет (щепка, бревно и т. п.) на взволнованной поверхности моря также совершает колебательные движения соответственно движению частиц воды по их орбитам, то есть он не перемещается вместе с волной, а совершает движения по круговой орбите: вверх и вперед, вниз и назад, как бы пропускает под собой беспрерывную череду волн и только качается.
Движение каждой частицы направлено вверх и вперед вдоль на гребне; вниз и вогнутой линии при подходе гребня, вверх - назад при спуске в следующую подошву волны.
Как показывают наблюдения и экспериментальные исследования, движения частиц воды при волнении складываются из интенсивного орбитального и небольшого поступательного движения.
Вследствие этого и получается из профиля ветровой волны: наветренный склон ее пологий, a подветренный более крутой.
Что такое группы волн и их групповая скорость? Разнообразие океанических волн отчасти связано с тем, что
волны разных длин или периодов распространяются с различными скоростями. Волны большей длины (большего периода) движутся быстрее, чем волны меньшей длины (меньшего периода). Догоняя друг друга, они сливаются и усиливаются, то есть интерферируют, в результате чего образуются периодические группы волн, распространяющиеся последовательно друг за другом. В группах волн перемещаются не только отдельные волны
но и сама группа в целом. Если попытаться проследить за перемещением отдельной волны, то вскоре можно заметить, что она как бы исчезает. Причина этого странного явления в том, что мы видим не отдельные серии воли одинакового периода, а огибающую волну, возникающую от сложения нескольких серий волн со слегка различающимися периодами. Поскольку огибающая движется медленнее отдельных волн, кажется, что каждая из
появившихся волн тотчас медленно исчезает, тогда как позади нее возникает другая групповая волна. На мелководье их групповая и отдельная скорости становятся однаковыми. Поэтому тем, кто занимается серфингом, можно не опасаться, что «оседлунная" волна исчезнет, уступив место следующей, которая может их захлестнуть.
Как изменяется волнение с увеличением глубины? При волнении частицы воды, двигаясь по круговым или эл-
липсовидным орбитам, передают свое движение в нижележащие слои, но диаметры орбит при этом с глубиной быстро уменьшаются. С увеличением глубины в арифметической прогрессии высота волн убывает в геометрической прогрессии.
Штормовое волнение на поверхности океанов и морей на глубине, равной половине длины волны и более, практически уже неощутимо; это очень важно для работы подводных аппаратов, сооружений и для подводного мореплавания.
От каких факторов зависит развитие элементов ветровых волн? Установлено, что элементы морских волн, создающихся ветром в океанах и морях, зависят не только от скорости ветра, но и от продолжительности его действия, длины, разгона, то есть от расстояния, на котором ветер воздействует на волны, распространяющиеся в определенном направлении, а также рельефа дна и других факторов. Поэтому ветер одной и той же скорости при
различных конкретных условиях может вызвать различные по размерам волны.
С увеличением скорости и продолжительности действия ветра данного направления увеличиваются высота, длина, другие элементы волн, но не бесконечно. Даже при ветре ураганной силы волны максимальных значений в океанах и больших глубоких морях примерно через 1-2 суток, после чего их рост прекращается.
Максимальным для данной скорости ветра волнение будет тогда, когда длина разгона волны и продолжительность действия ветра достаточно велики.
Развитие волн зависит от глубины моря. При глубинах, меньших длины волны, вследствие трения о дно волны не достигают таких больших размеров, как на глубокой воде.
Таким образом, большие волны могут возникать при очень сильном и продолжительном (сутки и более) ветре постоянного направления в значительных по размерам и глубоких бассейнах.
В прибрежной зоне на волнообразование влияет, кроме глубины, конфигурация береговой линии, а также направление ветра относительно берега (ветер с берега или с моря).
Все эти особенности ветровых волн учитываются в мореплавании.
Характер волновых колебаний и их разнообразие зависят от интенсивность турбулентных пульсаций давления ветра. Так, капиллярные волны при ветре. После прекращения ветра быстро затухают под действием сил вязкости и поверхностного натяжения воды. При усиливающемся ветре капиллярные волны увеличиваются до определенных размеров, преобразуясь в гравитационные.
Рост, формирование и изменение ветровых волн зависят от величины энергии, передаваемой ветром волнам, ее дальнейшего распределения и трансформации.
С увеличением скорости ветра до 7-8 м/с на гребнях волн появляется белая пена барашки. По мере увеличения своих размеров волны начинают действовать на воздушный поток, и над взволнованной поверхностью воды создается неравномерное распределение сил давления воздушного потока, способствующее дальнейшему росту волн.
Ветер непрерывно пульсирует с разными скоростью и направлением, при этом пульсация усиливается с увеличением скорости ветра и ростом элементов волн, вследствие чего одновременно образуются волны с различными высотами, длинами, периодами, направлениями и скоростями распространения. Возникают сложные формы взволнованной водной поверхности, непрерывно меняющиеся во времени и пространстве.
Гребни волн, иногда островершинные, а иногда в виде вытянутых и искривленных гряд сменяются разнообразными ложбинами.
Таким образом, поверхность волнующегося моря имеет постоянно меняющиеся сложные очертания, а элементы волн - высота, длина, период и др. - разнообразны и нерегулярны.
Непостоянный характер и неравномерный рост ветровых волн ограничиваются скоростью (силой) ветра, которая разрушает и опрокидывает гребни. При этом бурные порывы ветра срывают верхушки гребней. Потому во время шторма самыми опасными для судов волны бывают не тогда, когда ветер бушует с особой яростью, а когда он начинает стихать.
При усилении ветра высота волн может значительно увеличиться за короткое время - нередко за 5-6 часов от 5 до 8 м.
Характерно также, что волны максимальной высоты при шторме возникают через 3-6 часов (иногда и более) после момента наибольшей скорости ветра.
При каждом ветровом волнении образуется около 40 % волн средней или большей высоты, а от 2 до 5 % имеют максимальную высоту, превышающую среднюю в два и более раза. Особенности ветровых волн очень важно учитывать в мореплавании.
Каково внутреннее строение поступательных волн? Поступательные волны (ветровые, приливные и др.) характеризуются тем, что у них перемещается только форма (профиль) волны. Частицы же жидкости движутся по почти замкнутым круговым или эллипсовидным орбитам в вертикальной плоскости, расположенной перпендикулярно фронту волны. Поэтому плавающий предмет (щепка, бревно и т. п.) на взволнованной поверхности моря также совершает колебательные движения соответственно движению частиц воды по их орбитам, то есть он не перемещается вместе с волной, а совершает движения по круговой орбите: вверх и вперед, вниз и назад, как бы пропускает под собой беспрерывную череду волн и только качается.
Движение каждой частицы направлено вверх и вперед вдоль на гребне; вниз и вогнутой линии при подходе гребня, вверх - назад при спуске в следующую подошву волны.
Как показывают наблюдения и экспериментальные исследования, движения частиц воды при волнении складываются из интенсивного орбитального и небольшого поступательного движения.
Вследствие этого и получается из профиля ветровой волны: наветренный склон ее пологий, a подветренный более крутой.
Что такое группы волн и их групповая скорость? Разнообразие океанических волн отчасти связано с тем, что
волны разных длин или периодов распространяются с различными скоростями. Волны большей длины (большего периода) движутся быстрее, чем волны меньшей длины (меньшего периода). Догоняя друг друга, они сливаются и усиливаются, то есть интерферируют, в результате чего образуются периодические группы волн, распространяющиеся последовательно друг за другом. В группах волн перемещаются не только отдельные волны
но и сама группа в целом. Если попытаться проследить за перемещением отдельной волны, то вскоре можно заметить, что она как бы исчезает. Причина этого странного явления в том, что мы видим не отдельные серии воли одинакового периода, а огибающую волну, возникающую от сложения нескольких серий волн со слегка различающимися периодами. Поскольку огибающая движется медленнее отдельных волн, кажется, что каждая из
появившихся волн тотчас медленно исчезает, тогда как позади нее возникает другая групповая волна. На мелководье их групповая и отдельная скорости становятся однаковыми. Поэтому тем, кто занимается серфингом, можно не опасаться, что «оседлунная" волна исчезнет, уступив место следующей, которая может их захлестнуть.
Как изменяется волнение с увеличением глубины? При волнении частицы воды, двигаясь по круговым или эл-
липсовидным орбитам, передают свое движение в нижележащие слои, но диаметры орбит при этом с глубиной быстро уменьшаются. С увеличением глубины в арифметической прогрессии высота волн убывает в геометрической прогрессии.
Штормовое волнение на поверхности океанов и морей на глубине, равной половине длины волны и более, практически уже неощутимо; это очень важно для работы подводных аппаратов, сооружений и для подводного мореплавания.
От каких факторов зависит развитие элементов ветровых волн? Установлено, что элементы морских волн, создающихся ветром в океанах и морях, зависят не только от скорости ветра, но и от продолжительности его действия, длины, разгона, то есть от расстояния, на котором ветер воздействует на волны, распространяющиеся в определенном направлении, а также рельефа дна и других факторов. Поэтому ветер одной и той же скорости при
различных конкретных условиях может вызвать различные по размерам волны.
С увеличением скорости и продолжительности действия ветра данного направления увеличиваются высота, длина, другие элементы волн, но не бесконечно. Даже при ветре ураганной силы волны максимальных значений в океанах и больших глубоких морях примерно через 1-2 суток, после чего их рост прекращается.
Максимальным для данной скорости ветра волнение будет тогда, когда длина разгона волны и продолжительность действия ветра достаточно велики.
Развитие волн зависит от глубины моря. При глубинах, меньших длины волны, вследствие трения о дно волны не достигают таких больших размеров, как на глубокой воде.
Таким образом, большие волны могут возникать при очень сильном и продолжительном (сутки и более) ветре постоянного направления в значительных по размерам и глубоких бассейнах.
В прибрежной зоне на волнообразование влияет, кроме глубины, конфигурация береговой линии, а также направление ветра относительно берега (ветер с берега или с моря).
Все эти особенности ветровых волн учитываются в мореплавании.
