Подводное течение (волны на воде)

В физической океанографии подводное течение — это подводное течение , которое движется от берега, когда волны приближаются к берегу. Подводное течение является естественным и универсальным явлением практически для любого крупного водоема ; это возвратный поток, компенсирующий средний перенос воды волнами в сторону берега в зоне над ложбинами волн . подводного Скорость течения обычно самая высокая в зоне прибоя , где вода мелкая, а волны высокие из-за обмеления . ^[1]

В популярном использовании слово «откат» часто неправильно применяется к отбойным течениям . ^[2] Подводное течение возникает повсюду под подходящими к берегу волнами, тогда как отбойные течения представляют собой локализованные узкие прибрежные течения, возникающие в определенных местах вдоль побережья. ^[3]

Океанография

«Откат» — это устойчивый компенсационный поток, направленный в сторону моря, который возникает под волнами у берега. вызванный волнами, Физически вблизи берега поток массы, между волны гребнем и впадиной направлен на берег. Этот массоперенос локализуется в верхней части толщи воды , т. е. над впадинами волн . Чтобы компенсировать количество воды, переносимой к берегу, высоты волны течение второго порядка (т.е. пропорциональное квадрату в нижней части водного столба возникает среднее ), направленное в сторону моря. Этот поток – откат – воздействует на прибрежные волны повсюду, в отличие от отбойных течений, локализованных в определенных местах вдоль берега. ^[4]

Термин «подкат» используется в научных работах по прибрежной океанографии. ^[5]^[6]^[7] Распределение скоростей потока в подводном течении над толщей воды важно, поскольку оно сильно влияет на перенос наносов на суше или в море . За пределами зоны прибоя происходит придонный перенос наносов, направленный на берег, вызванный стоксовским дрейфом и косо-асимметричным волновым переносом. В зоне прибоя сильный откат вызывает перенос наносов вдоль дна. Эти антагонистические потоки могут привести к образованию песчаных кос , где потоки сходятся вблизи точки обрушения волны или в зоне обрушения волны. ^[5]^[6]^[7]^[8]

Средние векторы скорости течения в подводном течении под падающими волнами , измеренные в лабораторном волновом лотке – Окаясу, Сибаяма и Мимура (1986) . Ниже подошвы волны средние скорости направлены в сторону моря. Уклон пляжа 1:20; Обратите внимание, что вертикальный масштаб искажен относительно горизонтального.

Поток массы в сторону моря

Точное соотношение для потока массы нелинейной периодической волны на слое невязкой жидкости было установлено Леви-Чивитой в 1924 году. ^[9] В системе отсчета, согласно первому определению скорости волны, данному Стоксом , поток массы $M_{w}$ волны связана с кинетической энергии волны плотностью $E_{k}$ (интегрируется по глубине и затем усредняется по длине волны ) и фазовая скорость $c$ через:

M_{w}={\frac {2E_{k}}{c}}.

Точно так же Лонге Хиггинс показал в 1975 году, что - для обычной ситуации нулевого потока массы к берегу (т.е. второе определение скорости волны Стокса ) - периодические волны, падающие по нормали, создают усредненную по глубине и времени скорость отката: ^[10]

{\bar {u}}=-{\frac {2E_{k}}{\rho ch}},

с $h$ средняя глубина воды и $\rho$ жидкости плотность . Положительное направление потока ${\bar {u}}$ находится в направлении распространения волны.

Для волн малой амплитуды имеет место равнораспределение кинетических ( $E_{k}$ ) и потенциальная энергия ( $E_{p}$ ):

E_{w}=E_{k}+E_{p}\approx 2E_{k}\approx 2E_{p},

с $E_{w}$ полная плотность энергии волны, интегрированная по глубине и усредненная по горизонтальному пространству. Поскольку в общем случае потенциальная энергия $E_{p}$ гораздо легче измерить, чем кинетическую энергию, энергия волны примерно равна ${E_{w}\approx {\tfrac {1}{8}}\rho gH^{2}}$ (с $H$ ) высота волны . Так

{\bar {u}}\approx -{\frac {1}{8}}{\frac {gH^{2}}{ch}}.

Для нерегулярных волн требуемая высота волны равна среднеквадратичной высоте волны. $H_{\text{rms}}\approx {\sqrt {8}}\;\sigma ,$ с $\sigma$ стандартное отклонение высоты свободной поверхности. ^[11]Потенциальная энергия $E_{p}={\tfrac {1}{2}}\rho g\sigma ^{2}$ и $E_{w}\approx \rho g\sigma ^{2}.$

Распределение скорости подводного течения по глубине воды является предметом текущих исследований. ^[5]^[6]^[7]

Путаница с отбойными течениями

В отличие от подводного течения, обратное течение является причиной подавляющего большинства случаев утопления вблизи пляжей. Когда пловец попадает в отбойное течение, оно начинает уносить его в сторону берега. Пловец может выйти из отбойного течения, плывя под прямым углом к течению, параллельно берегу, или просто топчась по воде или плывя до тех пор, пока его не освободит разрыв. Однако утопление может произойти, когда пловцы утомляются, безуспешно пытаясь плыть прямо против течения.

На веб-сайте Ассоциации спасателей США отмечается, что некоторые варианты использования слова «подкат» неверны:

Рип-ток – это горизонтальный ток. Отбойные течения не уносят людей под воду — они уносят их от берега. Смерть от утопления происходит, когда люди, вытащенные на берег, не могут удержаться на плаву и доплыть до берега. Это может быть связано с любым сочетанием страха, паники, истощения или отсутствия навыков плавания.В некоторых регионах отбойные течения обозначаются другими, неправильными терминами, такими как «отливы» и «отлив». Мы призываем использовать исключительно правильный термин — «обратные течения». Использование других терминов может сбить людей с толку и негативно повлиять на усилия по просвещению населения. ^[2]

См. также

Береговое течение – прибрежное течение, идущее параллельно береговой линии.

Ссылки

Примечания

^ Свендсен, Айова (1984). «Массовый поток и откат в зоне прибоя». Журнал прибрежной инженерии . 8 (4): 347–365. дои : 10.1016/0378-3839(84)90030-9 .
^ Jump up to: ^а ^б Rip Current Survival Guide от Ассоциации спасателей США , Ассоциация спасателей США , заархивировано из оригинала 2 января 2014 г. , получено 2 января 2014 г.
^ МакМахан, Дж. Х.; Торнтон, Э.Б.; Ренье, AJHM (2006). «Копировать текущий обзор». Журнал прибрежной инженерии . 53 (2): 191–208. дои : 10.1016/j.coastaleng.2005.10.009 . hdl : 10945/45734 . S2CID 14128900 .
^ Ленц, С.Дж.; Фьюингс, М.; Хауд, П.; Фредерикс, Дж.; Хэтэуэй, К. (2008), «Наблюдения и модель подводного течения над внутренним континентальным шельфом», Журнал физической океанографии , 38 (11): 2341–2357, Бибкод : 2008JPO....38.2341L , doi : 10.1175/ 2008JPO3986.1 , hdl : 1912/4067
^ Jump up to: ^а ^б ^с Гарсез Фариа, AF; Торнтон, Э.Б.; Липпман, ТК; Стэнтон, Т.П. (2000), «Отлив над зарешеченным пляжем», Журнал геофизических исследований , 105 (C7): 16, 999–17, 010, Бибкод : 2000JGR...10516999F , doi : 10.1029/2000JC900084
^ Jump up to: ^а ^б ^с Хейнс, JW; Салленджер-младший, АХ (1994), «Вертикальная структура средних поперечных течений в закрытой зоне прибоя» , Журнал геофизических исследований , 99 (C7): 14, 223–14, 242, Бибкод : 1994JGR.... 9914223H , номер документа : 10.1029/94JC00427
^ Jump up to: ^а ^б ^с Ренье, AJHM; Торнтон, Э.Б.; Стэнтон, ТП; Рулвинк, Дж. А. (2004), «Структура вертикального потока во время Сэнди Дак: наблюдения и моделирование», Coastal Engineering , 51 (3): 237–260, doi : 10.1016/j.coastaleng.2004.02.001
^ Лонге-Хиггинс, MS (1983), «Создание волн, просачивание и откат в зоне прибоя», Proceedings of the Royal Society of London A , 390 (1799): 283–291, Bibcode : 1983RSPSA.390..283L , doi : 10.1098/rspa.1983.0132 , S2CID 109502295
^ Леви-Чивита, Т. (1924), Вопросы классической и релятивистской механики , Болонья: Н. Заничелли, OCLC 441220095 , заархивировано из оригинала 15 июня 2015 г.
^ Лонге-Хиггинс, MS (1975), «Интегральные свойства периодических гравитационных волн конечной амплитуды», Proceedings of the Royal Society of London A , 342 (1629): 157–174, Бибкод : 1975RSPSA.342..157L , doi : 10.1098/rspa.1975.0018 , S2CID 123723040
^ Баттьес, JA ; Стив, MJF (1985), «Калибровка и проверка модели диссипации случайных обрушивающихся волн» , Journal of Geophysical Research , 90 (C5): 9159–9167, Бибкод : 1985JGR....90.9159B , doi : 10.1029/JC090iC05p09159

Другой

Бур Хансен, Дж.; Свендсен, И.А. (1984), «Теоретическое и экспериментальное исследование подводного течения», в Эдже, Б.Л. (ред.), Труды 19-й Международной конференции по прибрежной инженерии , Хьюстон: ASCE, стр. 2246–2262.
Окаясу, А.; Сибаяма, Т.; Мимура, Н. (1986), «Поле скоростей под падающими волнами», в Эдже, Б.Л. (ред.), Труды 20-й Международной конференции по прибрежной инженерии , том. 1, Тайбэй: ASCE, стр. 660–674.

Внешние ссылки

Татьяна Моралес (27 мая 2004 г.), Остерегайтесь приливов , CBS News , получено 24 июня 2015 г.

[1] Свендсен, Айова (1984). «Массовый поток и откат в зоне прибоя». Журнал прибрежной инженерии . 8 (4): 347–365. дои : 10.1016/0378-3839(84)90030-9 .

[USLA-2] Jump up to: ^а ^б Rip Current Survival Guide от Ассоциации спасателей США , Ассоциация спасателей США , заархивировано из оригинала 2 января 2014 г. , получено 2 января 2014 г.

[3] МакМахан, Дж. Х.; Торнтон, Э.Б.; Ренье, AJHM (2006). «Копировать текущий обзор». Журнал прибрежной инженерии . 53 (2): 191–208. дои : 10.1016/j.coastaleng.2005.10.009 . hdl : 10945/45734 . S2CID 14128900 .

[4] Ленц, С.Дж.; Фьюингс, М.; Хауд, П.; Фредерикс, Дж.; Хэтэуэй, К. (2008), «Наблюдения и модель подводного течения над внутренним континентальным шельфом», Журнал физической океанографии , 38 (11): 2341–2357, Бибкод : 2008JPO....38.2341L , doi : 10.1175/ 2008JPO3986.1 , hdl : 1912/4067

[Garcez-5] Jump up to: ^а ^б ^с Гарсез Фариа, AF; Торнтон, Э.Б.; Липпман, ТК; Стэнтон, Т.П. (2000), «Отлив над зарешеченным пляжем», Журнал геофизических исследований , 105 (C7): 16, 999–17, 010, Бибкод : 2000JGR...10516999F , doi : 10.1029/2000JC900084

[Haines-6] Jump up to: ^а ^б ^с Хейнс, JW; Салленджер-младший, АХ (1994), «Вертикальная структура средних поперечных течений в закрытой зоне прибоя» , Журнал геофизических исследований , 99 (C7): 14, 223–14, 242, Бибкод : 1994JGR.... 9914223H , номер документа : 10.1029/94JC00427

[Reniers-7] Jump up to: ^а ^б ^с Ренье, AJHM; Торнтон, Э.Б.; Стэнтон, ТП; Рулвинк, Дж. А. (2004), «Структура вертикального потока во время Сэнди Дак: наблюдения и моделирование», Coastal Engineering , 51 (3): 237–260, doi : 10.1016/j.coastaleng.2004.02.001

[8] Лонге-Хиггинс, MS (1983), «Создание волн, просачивание и откат в зоне прибоя», Proceedings of the Royal Society of London A , 390 (1799): 283–291, Bibcode : 1983RSPSA.390..283L , doi : 10.1098/rspa.1983.0132 , S2CID 109502295

[9] Леви-Чивита, Т. (1924), Вопросы классической и релятивистской механики , Болонья: Н. Заничелли, OCLC 441220095 , заархивировано из оригинала 15 июня 2015 г.

[10] Лонге-Хиггинс, MS (1975), «Интегральные свойства периодических гравитационных волн конечной амплитуды», Proceedings of the Royal Society of London A , 342 (1629): 157–174, Бибкод : 1975RSPSA.342..157L , doi : 10.1098/rspa.1975.0018 , S2CID 123723040

[11] Баттьес, JA ; Стив, MJF (1985), «Калибровка и проверка модели диссипации случайных обрушивающихся волн» , Journal of Geophysical Research , 90 (C5): 9159–9167, Бибкод : 1985JGR....90.9159B , doi : 10.1029/JC090iC05p09159

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

v т и Прибрежная география
Landforms	Anchialine pool Archipelago Atoll Avulsion Ayre Barrier island Bay Bight Bodden Brackish marsh Cape Channel Cliff Coast Coastal plain Coastal waterfall Continental margin Continental shelf Coral reef Cove Dune cliff-top Estuary Firth Fjard Fjord Freshwater marsh Fundus Gat Geo Gulf Gut Hapua Headland Inlet Intertidal wetland Island Islet Isthmus Lagoon Machair Mudflat Natural arch Peninsula Reef Ria Salt marsh Shoal Shore Skerry Sound Spit Stack Strait Strand plain Submarine canyon Tidal island Tidal marsh Tide pool Tied island Tombolo Waituna Windwatt
Beaches	Beach cusps Beach evolution Coastal morphodynamics Beach ridge Beachrock Beaches in estuaries and bays Pocket beach Raised beach Recession Shell beach Shingle beach Storm beach Wash margin Beach wrack
River mouths	Debouch River delta mega regressive Mouth bar baymouth
Processes	Blowhole Cliffed coast Coastal biogeomorphology Coastal erosion Concordant coastline Current Cuspate foreland Discordant coastline Emergent coastline Feeder bluff Fetch Flat coast Graded shoreline Ingression coast Large-scale coastal behaviour Longshore drift Marine regression Marine transgression Raised shoreline Rip current Rocky shore Sea cave Sea foam Shoal (Peresyp) Steep coast Submergent coastline Surf break Surf zone Surge channel Swash Undertow Volcanic arc Wave-cut platform Wave shoaling Wind wave
Management	Accretion Coastal management Integrated coastal zone management Submersion
Related	Bulkhead line Coastal engineering Grain size boulder clay cobble granule gravel pebble sand shingle silt Intertidal zone Littoral zone Physical oceanography River plume Region of freshwater influence
Category

v т и Физическая океанография
Waves	Airy wave theory Ballantine scale Benjamin–Feir instability Boussinesq approximation Breaking wave Clapotis Cnoidal wave Cross sea Dispersion Edge wave Equatorial waves Fetch Gravity wave Green's law Infragravity wave Internal wave Iribarren number Kelvin wave Kinematic wave Longshore drift Luke's variational principle Mild-slope equation Radiation stress Rogue wave Rossby wave Rossby-gravity waves Sea state Seiche Significant wave height Soliton Stokes boundary layer Stokes drift Stokes wave Swell Trochoidal wave Tsunami megatsunami Undertow Ursell number Wave action Wave base Wave height Wave nonlinearity Wave power Wave radar Wave setup Wave shoaling Wave turbulence Wave–current interaction Waves and shallow water one-dimensional Saint-Venant equations shallow water equations Wind setup Wind wave model
Circulation	Atmospheric circulation Baroclinity Boundary current Coriolis force Coriolis–Stokes force Craik–Leibovich vortex force Downwelling Eddy Ekman layer Ekman spiral Ekman transport El Niño–Southern Oscillation General circulation model Geochemical Ocean Sections Study Geostrophic current Global Ocean Data Analysis Project Gulf Stream Halothermal circulation Humboldt Current Hydrothermal circulation Langmuir circulation Longshore drift Loop Current Modular Ocean Model Ocean current Ocean dynamics Ocean dynamical thermostat Ocean gyre Overflow Princeton ocean model Rip current Subsurface currents Sverdrup balance Thermohaline circulation shutdown Upwelling Wind generated current Whirlpool World Ocean Circulation Experiment
Tides	Amphidromic point Earth tide Head of tide Internal tide Lunitidal interval Perigean spring tide Rip tide Rule of twelfths Slack tide Tidal bore Tidal force Tidal power Tidal race Tidal range Tidal resonance Tide gauge Tideline Theory of tides
Landforms	Abyssal fan Abyssal plain Atoll Bathymetric chart Coastal geography Cold seep Continental margin Continental rise Continental shelf Contourite Guyot Hydrography Knoll Oceanic basin Oceanic plateau Oceanic trench Passive margin Seabed Seamount Submarine canyon Submarine volcano
Plate tectonics	Convergent boundary Divergent boundary Fracture zone Hydrothermal vent Marine geology Mid-ocean ridge Mohorovičić discontinuity Vine–Matthews–Morley hypothesis Oceanic crust Outer trench swell Ridge push Seafloor spreading Slab pull Slab suction Slab window Subduction Transform fault Volcanic arc
Ocean zones	Benthic Deep ocean water Deep sea Littoral Mesopelagic Oceanic Pelagic Photic Surf Swash
Sea level	Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis Future sea level Global Sea Level Observing System North West Shelf Operational Oceanographic System Sea-level curve Sea level rise Sea level drop World Geodetic System
Acoustics	Deep scattering layer Hydroacoustics Ocean acoustic tomography Sofar bomb SOFAR channel Underwater acoustics
Satellites	Jason-1 Jason-2 (Ocean Surface Topography Mission) Jason-3
Related	Acidification Argo Benthic lander Color of water DSV Alvin Marginal sea Marine energy Marine pollution Mooring National Oceanographic Data Center Ocean Explorations Observations Reanalysis Ocean surface topography Ocean temperature Ocean thermal energy conversion Oceanography Outline of oceanography Pelagic sediment Sea surface microlayer Sea surface temperature Seawater Science On a Sphere Stratification Thermocline Underwater glider Water column World Ocean Atlas
Oceans portal Category Commons