Рассеяние ветровых волн
 | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
Рассеяние ветровых волн или « рассеивание зыби » — это процесс, при котором волна, созданная погодной системой, теряет свою механическую энергию, передаваемую из атмосферы ветром. Ветровые волны, как следует из их названия, генерируются ветром, передающим энергию из атмосферы на поверхность океана, капиллярные гравитационные волны существенную роль в этом эффекте играют , «ветровые волны» или «зыбь» также известны как поверхностные гравитационные волны .
Общая физика и теория
[ редактировать ]Процесс диссипации ветровых волн можно объяснить, применяя теорию энергетического спектра аналогично формированию ветровых волн (обычно предполагая, что спектральная диссипация является функцией спектра волн). [ 1 ] Однако, хотя даже некоторые из недавних инновационных усовершенствований для полевых наблюдений (например, Banner & Babanin et al. [ 2 ] [ 3 ] ) способствовали разгадке загадок поведения обрушений волн, но, к сожалению, до сих пор не существует четкого понимания точных теорий процесса диссипации ветровых волн из-за их нелинейного поведения. Согласно прошлым и настоящим наблюдениям и вытекающим из них теориям, физику диссипации океанских волн можно классифицировать по областям их прохождения вдоль глубины воды. На глубокой воде рассеивание волн происходит под действием сил трения или сопротивления, таких как встречный ветер или силы вязкости, создаваемые турбулентными потоками — обычно нелинейные силы. На мелководье характер диссипации волн в основном представляет собой типы обрушений береговых волн (см. Типы обрушений волн). Некоторые из простых общих описаний рассеяния ветровых волн (определенных Луиджи Кавалери и др. [ 1 ] ) были предложены, когда мы рассматриваем только поверхностные волны океана, такие как ветровые волны. По простому, во многих предложенных механизмах для упрощенной теории игнорируются взаимодействия волн с вертикальной структурой верхних слоев океана. [ 1 ]
Источники диссипации ветровых волн
[ редактировать ]В общем понимании физику диссипации волн можно разделить на категории, рассматривая ее источники диссипации, такие как 1) обрушение волны 2) взаимодействие волны с турбулентностью 3) модуляция волны с волной соответственно. [ 1 ] (описания ниже в этой главе также соответствуют ссылке [ 1 ] )
1) диссипация за счет «обрушения волны»
Обрушение ветрового волнения в прибрежной зоне является основным источником рассеяния ветрового волнения. Ветровые волны теряют свою энергию к берегу, а иногда и обратно в океан, когда они разбиваются о берег. (подробнее см. -> «Разрушение волн на поверхности океана»)
2) диссипация за счет «взаимодействия волны с турбулентностью»
Турбулентные ветровые потоки и вязкие вихри внутри волн могут влиять на диссипацию волн. В самых ранних представлениях вязкость едва могла влиять на ветровые волны, поэтому рассеяние волн за счет вязкости также почти не учитывалось. [ 4 ] [ 5 ] Однако последние модели прогнозирования погоды начинают учитывать «взаимодействие волн и турбулентности» для волнового моделирования. [ 6 ] До сих пор остается спорным вопрос о том, насколько турбулентная диссипация способствует изменению всего профиля волны, но в последнее время приняты идеи взаимодействия волны с турбулентностью для поверхностных вязких слоев и волновых придонных пограничных слоев.
3) диссипация за счет «волновой модуляции»
Волново-волновые взаимодействия могут влиять на диссипацию волн. В ранние эпохи идеи о том, что обрушение коротких волн может забирать энергию у длинных волн посредством модуляции, были предложены Филлипсом (1963): [ 7 ] и Лонгетт-Хиггинс (1969) [ 8 ] также. Эти идеи обсуждались (новые результаты о том, что диссипация за счет взаимодействия между волновыми модуляциями должна быть намного слабее, чем в теории Филлипса) в работах Хассельмана (1971), [ 9 ] но, согласно современному пониманию, диссипация в этих случаях обычно немного сильнее, чем диссипация за счет «взаимодействий волн и турбулентности», когда реализуются разумные передаточные функции модуляции. [ 10 ] Большинство случаев диссипации зыби связано с этим типом диссипации. [ 1 ]
Разрушение волн на поверхности океана
[ редактировать ]Когда ветровые волны подходят к прибрежной зоне с глубокой воды, волны меняют свою высоту и длину. Высота волны становится выше, а длина волны становится короче, поскольку скорость волны замедляется, когда океанские волны приближаются к берегу. Если глубина воды достаточно мала, гребень волны становится круче, а впадина становится шире и мельче; наконец, океанские волны разбиваются о берег. Движения обрушения волн различаются в зависимости от крутизны берегов и волн и могут быть разделены на три типа. [ 11 ] [ 12 ]
• Разливной выключатель
При более низком уклоне берега волны медленно теряют энергию по мере приближения к берегу. Волны разливают морскую воду по передней части волн, когда они разбиваются.
• Погружной прерыватель
При умеренно крутом уклоне берега волна быстро теряет энергию. Если склон берега достаточно крутой, гребень волны движется быстрее, чем впадина. Гребень загибается над передней частью волны, а после гребня морская вода погружается во впадину. (Погружающиеся буруны хороши для серфинга)
• Импульсный выключатель
При очень крутом склоне берега (для экстремальной крутизны, например, дамб), если крутизна берега очень велика, волны не могут достичь критической крутизны, чтобы разбиться. Волны поднимаются по береговому склону и выделяют энергию назад от берега. Здесь никогда не бывает белых волн, но в случае экстремальной крутизны, например, на дамбе, волны разбиваются белой пеной.
См. также
[ редактировать ]Внешние ссылки
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж Кавалери, Луиджи; Группа WISE (2006 г.). «Волновое моделирование - современное состояние».
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Баннер, ML; и др. (2000). «Вероятность обрушения доминирующих волн на морской поверхности» . Журнал физической океанографии . 30 (12): 3145–3160. Бибкод : 2000JPO....30.3145B . doi : 10.1175/1520-0485(2000)030<3145:bpfdwo>2.0.co;2 .
- ^ Баннер, ML; и др. (2002). «Вероятности обрушения доминирующих поверхностных волн на воде конечной постоянной глубины». Журнал геофизических исследований . 106 : 11659–11676. дои : 10.1029/2000jc000215 . hdl : 1885/8979 .
- ^ Джеффри, Х. (1925). «Об образовании волн ветром. II». Труды Королевского общества . А110 : 341–347.
- ^ Сведруп, Ху; WHMunk (1947). «Ветер, море и зыбь: теория взаимосвязей для прогнозирования». Отчет гидрографического управления ВМС США (601): 50.
- ^ Толман, Х.Л.; Д.Чаликов (1996). «Источники в модели ветрового волнения третьего поколения» . Журнал физической океанографии . 26 (11): 2497–2518. Бибкод : 1996JPO....26.2497T . doi : 10.1175/1520-0485(1996)026<2497:stiatg>2.0.co;2 .
- ^ Филлипс, О.М. (1963). «О затухании длинных гравитационных волн короткими обрушивающимися волнами». Журнал механики жидкости . 16 (3): 321–332. Бибкод : 1963JFM....16..321P . дои : 10.1017/s0022112063000793 . S2CID 120549323 .
- ^ Лонгетт-Хиггинс (1969). «Нелинейный механизм генерации морских волн». Труды Лондонского королевского общества . А311 (1506): 371–389. Бибкод : 1969RSPSA.311..371L . дои : 10.1098/rspa.1969.0123 . S2CID 121597076 .
- ^ Хасельманн, К. (1971). «О передаче массы и импульса между короткими гравитационными волнами и крупномасштабными движениями». Журнал механики жидкости . 50 : 189–205. Бибкод : 1971JFM....50..189H . дои : 10.1017/s0022112071002520 . hdl : 21.11116/0000-0007-DD3A-0 . S2CID 9679995 .
- ^ Ардуин, Ф.; А.Дженкинс (2005). «О влиянии ветра и турбулентности на зыбь океана». Материалы 15-й Международной конференции по шельфовой и полярной инженерии . III : 429–434.
- ^ Стюарт, Роберт Х (2008). Введение в физическую океанографию .
- ^ Открытый университет. Приглашение на Океанографию 3-е издание . Издательство Джонс и Бартлетт.