Значительная высота волны

В физической океанографии значительная высота волн ( SWH , HTSGW или Ч _с ) традиционно определяется как средняя высота волны ( от минимума до гребня ) самой высокой трети волн ( H 1/3 ₎ . Обычно его определяют как четырехкратное стандартное отклонение высоты поверхности – или, что эквивалентно, как четырехкратный квадратный корень из момента ( площади ) нулевого порядка спектра волн . символ H _m0 Для последнего определения обычно используется . Таким образом, значительная высота волны (H _s ) может относиться к H _m0 или H _1/3 ; разница в величине между двумя определениями составляет всего несколько процентов.SWH используется для характеристики состояния моря , включая ветры и зыбь .

Происхождение и определение

Первоначальное определение появилось на основе работы океанографа Уолтера Мунка во время Второй мировой войны. Значительная высота волны была предназначена для математического выражения высоты, оцененной «тренированным наблюдателем». Его обычно используют как меру высоты океанских волн.

Определение временной области

Значительная высота волны H _1/3 , или H _s или H _sig , определенная во временной области непосредственно из временного ряда высоты поверхности, определяется как средняя высота этой одной трети N измеренных волн, имеющих Наибольшие высоты: $$H_{1/3}={\frac {1}{{\frac {1}{3}}\,N}}\,\sum _{m=1}^{{\frac {1}{3}}\,N}\,H_{m}$$ где H _m представляет собой высоту отдельных волн, отсортированную в порядке убывания высоты по увеличения m от 1 до N. мере Используется только самая высокая треть, поскольку она лучше всего соответствует визуальным наблюдениям опытных моряков, зрение которых, по-видимому, фокусируется на более высоких волнах.

Определение частотной области

Значительная высота волны H _m0 , определенная в частотной области , используется как для измеренных , так и для прогнозируемых волн спектров отклонения . Проще всего его определить через дисперсию m 0 _или стандартное отклонение σ _η отметки поверхности: $$H_{m_{0}}=4{\sqrt {m_{0}}}=4\sigma _{\eta },$$ где m ₀ , нулевой момент спектра дисперсии, получается путем интегрирования спектра дисперсии. В случае измерения стандартное отклонение σ _η является самой простой и точной статистикой, которую можно использовать.

• Другой распространенной статистикой высоты волны является среднеквадратическая ( или среднеквадратическая) высота волны H _rms , определяемая как: $$H_{\text{rms}}={\sqrt {{\frac {1}{N}}\sum _{m=1}^{N}H_{m}^{2}}},$$ где H _m снова обозначает высоту отдельных волн в определенном временном ряду .

Статистическое распределение высот отдельных волн

Статистическое распределение высот океанских волн

Значительная высота волн, научно обозначаемая как H _s или H _sig , является важным параметром статистического распределения океанских волн. Наиболее распространенные волны ниже по высоте, чем H _s . Это означает, что встреча со значительной волной происходит не слишком часто. Однако статистически можно встретить волну, которая намного выше значимой волны.

Обычно статистическое распределение высот отдельных волн хорошо аппроксимируется распределением Рэлея . Например, учитывая, что H _s составляет 10 метров (33 фута), статистически:

• 1 из 10 будет больше 10,7 метра (35 футов)
• 1 из 100 будет больше 15,1 метра (50 футов)
• 1 из 1000 будет больше 18,6 метра (61 фута)

Это означает, что можно столкнуться с волной, высота которой примерно вдвое превышает значительную высоту волны. Однако в быстро меняющихся условиях расхождение между значительной высотой волн и крупнейшими отдельными волнами может быть еще больше.

Другая статистика

Широко используются и другие статистические меры высоты волн. Среднеквадратическая высота волны, которая определяется как квадратный корень из среднего значения квадратов всех высот волн, примерно равна H _s, разделенному на 1,4.

Например, по данным Ирландского морского института:

«…в полночь 12.09.2007 была зафиксирована рекордная значительная высота волны — 17,2 м с [ sic ] периодом 14 секунд».

Измерение

Хотя большинство измерительных устройств оценивают значительную высоту волны по спектру волн , спутниковые радиолокационные высотомеры уникальны в том, что позволяют напрямую измерять значительную высоту волн благодаря разному времени возврата от гребней и впадин волн в зоне, освещаемой радаром. Максимальная когда-либо измеренная высота волны со спутника составила 20,1 метра (66 футов) во время шторма в Северной Атлантике в 2011 году.

Прогнозы погоды

Анимационная модель NOAA Wavewatch III с прогнозами значительной высоты волн в Тихом океане.

Всемирная метеорологическая организация предусматривает, что определенные страны несут ответственность за предоставление прогнозов погоды для мирового океана. Метеорологические службы этих стран называются региональными специализированными метеорологическими центрами или РСМЦ. В своих метеорологических продуктах они дают прогнозы высоты океанских волн при значительной высоте волн. В Соединенных Штатах Национальная метеорологическая служба NOAA является РСМЦ для части Северной Атлантики и части северной части Тихого океана. Эти прогнозы выпускают Центр океанического прогнозирования и Отделение тропического анализа и прогнозов (TAFB) Центра тропических прогнозов .

РСМЦ используют модели ветрового волнения в качестве инструментов, помогающих прогнозировать морские условия. В США модель Wavewatch III NOAA широко используется .

Обобщение на волновые системы

значительная высота волн , определяется и Аналогично, по спектру волн для различных систем, составляющих море. Тогда у нас есть значительная высота волны для ветра-моря или для конкретной зыби.

См. также

• Центр прогнозирования океана
• Волна-убийца : волна, высота которой более чем в два раза превышает значительную высоту волны.
• Состояние моря

Внешние ссылки

• Текущая глобальная карта значительной высоты и периода волн.
• НОАА Wavewatch III
• Центр экологического моделирования NWS
• Твердотельная полезная нагрузка Envirtech для измерения направленных волн