Морското вълнение е движението на водната повърхност нагоре и надолу от средното ниво. Те обаче не се движат хоризонтално по време на бурно море. Това може да се види, като се наблюдава поведението на плувка, която се люлее на вълни.

Вълните се характеризират със следните елементи: най-ниската част на вълната се нарича дъно, а най-високата е гребена. Стръмността на склоновете е ъгълът между наклона и хоризонтална равнина... Вертикалното разстояние между подметката и гребена е височината на вълната. Може да достигне 14-25 метра. Разстоянието между два фута или два хребета се нарича дължина на вълната. Максималната дължина е около 250 м, изключително редки са вълните до 500 м. Скоростта на разпространение на вълната се характеризира с тяхната скорост, т.е. разстоянието, изминато от билото, обикновено за секунда.

Основната причина за образуването на вълни е. При ниски скорости се появяват вълни - система от малки еднородни вълни. Те се появяват при всеки порив на вятъра и моментално изчезват. При много силен вятър, превръщайки се в буря, вълните могат да се деформират, докато подветреният склон се оказва по-стръмен от наветрения, а при много силен вятър гребените на вълната се откъсват и образуват бяла пяна - "агнета" . Когато бурята свърши, те ходят дълго по морето високи вълни, но без остри ръбове. Дългите и нежни вълни след спиране на вятъра се наричат ​​вълни. Голяма вълна с ниска стръмност и дължина на вълната до 300-400 метра при пълно отсъствие на вятър се нарича ветрови вълни.

Преобразуването на вълните се случва и при приближаването им до брега. При приближаване до нежен бряг долната част на настъпващата вълна се спира към земята; дължината намалява, а височината се увеличава. Горната част на вълната се движи по-бързо от долната. Вълната се преобръща и гребенът й, падайки, се разпада на малки, наситени с въздух, пенливи пръски. Вълните, разбиващи се близо до брега, образуват прибой. Винаги е успоредно на брега. Водата, изпръскана от вълната на брега, бавно се стича обратно по плажа.

Когато вълната дойде до стръмния бряг, тя се удря в скалите с всичка сила. В този случай вълната се хвърля нагоре под формата на красива, пенлива шахта, достигаща височина от 30-60 метра. В зависимост от формата на скалите и посоката на вълните шахтата се разбива на части. Силата на въздействието на вълните достига 30 тона на 1 m2. Но трябва да се отбележи, че основната роля играят не механичните удари на водни маси върху скалите, а получените въздушни мехурчета и хидравлични капки, които основно разрушават скалите, които изграждат скалите (виж Абразията).

Вълните активно разрушават крайбрежната земя, търкалят и изтриват отломки и след това ги разпределят по подводния склон. На най-дълбокия бряг силата на удара на вълните е много голяма. Понякога на известно разстояние от брега има плитка нишка под формата на подводна коса. В този случай счупването на вълните става на плитчините и се образува разбивач.

Формата на вълната се променя през цялото време, създавайки впечатление за пътуване. Това се дължи на факта, че всяка водна частица в равномерно движение описва кръгове около равновесното ниво. Всички тези частици се движат в една и съща посока. Във всеки момент частиците са в различни точки на кръга; това е вълновата система.

Най-големите ветрови вълни са наблюдавани в Южно полукълбокъдето океанът е най-обширен и където западните ветрове са най-постоянни и силни. Тук вълните достигат 25 м височина и 400 м дължина. Скоростта им на движение е около 20 m / s. В моретата вълните са по-малко - дори в големи морета достигат само 5 m.

За оценка на тежестта на морето се използва 9-точкова скала. Може да се използва за изследване на всяко водно тяло.

9-точкова скала за оценка на тежестта на морето

точки	Признаци на степента на възбуда
0	Гладка повърхност
1	Вълни и малки вълни
2	Малки гребени на вълни започват да се преобръщат, но все още няма бяла пяна
3	На места по гребените на вълните се появяват "агнета".
4	Навсякъде се образуват „овце”.
5	Появяват се хребети голяма височина, а вятърът започва да откъсва бяла пяна от тях
6	Хребетите образуват валовете на буреносните вълни. Пяната започва да се изтегля напълно
7	Дълги ивици пяна покриват склоновете на вълните и достигат на места до дъното
8	Пяната напълно покрива склоновете на вълните, повърхността става бяла
9	Цялата повърхност на вълната е покрита със слой пяна, въздухът е изпълнен с воден прах и пръски, видимостта е намалена

За защита на пристанищните съоръжения, кейовете, крайбрежните зони на морето от камъни и бетонни блокове се изграждат вълноломи за защита от вълни, заглушаващи енергията на вълните.

Най-голямото и живописно курортно селище на Голям Сочи - Лазаревское - е руският субтропик. Тук по улиците растат палми, най-топлото море Черноморско крайбрежие, нежното слънце грее 224 дни в годината и практически няма зими (снегът се задържа не повече от 3-5 дни). Времето в Лазаревское винаги е топло и приветливо.Лазаревское от едната страна граничи с морето, а от другата е заобиколено от най-красивите Кавказки планини, които надеждно защитават курортното селище от силни ветрове. Среднодневна годишна температура на въздухав тази област - +14 градуса С. През лятото температурата на въздуха варира от +23 до +30 градуса С. Празничният сезон официално се открива през май. По това време температурата на въздуха се затопля до +20 - +23 C, а водата в морето до 15-18 градуса C. Най-топлото море през август е +25 C. През лятото средна температуравода в морето по цялото крайбрежие на Лазаревское + 23 С. През зимата водата в морето е +8 - +9 градуса С. Времето в Лазаревское е приятно дори през октомври - ноември.Когато в Русия вали студен дъжд и сняг през този период, все още можете да плувате и да правите слънчеви бани в Лазаревское. Ето защо ваканционен сезонможе дори да се задържи до средата на ноември. През зимата средната температура на въздуха е +9 - +11 градуса С. Не е необичайно времето в курортното селище през зимата да стане толкова топло (+18 - +22 С), че спокойно можете да отидете на слънчеви бани до море. Такова зимно затопляне, характерно за тази територия, може да продължи две до три седмици. Климатът, времето, природата и гостоприемната атмосфера на курортното селище Лазаревское допринасят за почивка и лечение през цялата година. Поради това повечето от санаториумите и хотелите в Лазаревское са отворени през цялата година. Нашият сайт предоставя точни данни за прогнозата за времето в Лазаревское, които се актуализират на всеки 6 часа. И представени Карта на Лазаревските вълнище ви позволи да знаете височината и посоката на преобладаващите вълни на Черно море на даден бряг. Стрелките показват посоката на разпространение на вълната. Картата на вълните в Черно море показва височината на преобладаващите вълни в този моментв метри. Под картата има мащаб в метри. Прогноза за височината и посоката на черноморските вълни по брега на Лазаревское се показва на всеки 12 часа според UTC (световно координирано време) днес.

Морски ветрови вълни

Изучаването на закономерностите на ветровите вълни е интересно не само от гледна точка на фундаменталната наука, но и от гледна точка на практическите изисквания, като навигация, изграждане на хидравлични съоръжения, пристанищни комплекси, изчисляване на техническо оборудване за нефтени и газови находища на рафта. Около 80% от доказаните запаси от нефт и газ се намират на дъното на океана и моретата, а изграждането на офшорни платформи и офшорните сондажи изискват надеждни данни за режима на ветровите вълни. Познаването на пределните размери на вълните в различни води на Световния океан също е необходимо, за да се гарантира безопасността на корабоплаването в тези места.

Ветровите вълни са явление, което се проявява на повърхността на всяко водно тяло. Мащабът на това явление за различните водни обекти ще бъде различен. Леонардо да Винчи веднъж е написал: „...вълната тръгва от мястото на своя произход, но водата не се движи от мястото. Подобно на вълните, образувани през май върху нивите от течението на ветровете, вълните сякаш се движат по полето, докато полетата не напускат мястото си." Тази характеристика на ветровите вълни

194_______________________ Глава 10 Вълни в океана _________________________

е от колосално практическо значение: ако заедно с формата, тоест вълната, също и масата, тоест водата, се движат, тогава нито един кораб не би могъл да се движи срещу вълните. Вятърни вълниобикновено се разделят на три вида:

Вятърни вълни, които са директно
от действието на вятъра;

Вълни на набъбване, които се наблюдават след края на набъбването
pa или след като вълните напуснат зоната на вятъра;

Смесено вълнение, при което вятърните вълни се наслагват върху вълните на набъбване

Тъй като ветровете над океаните и моретата, особено в умерените ширини, са променливи по скорост и посока, ветровите вълни са пространствено нехомогенни и значително променливи във времето. В този случай вълновите полета са дори по-нехомогенни от тези на вятъра, тъй като вълните могат да идват в една или друга област едновременно от различни (различно разположени) зони на произход.

Ако се вгледате внимателно в бурната морска повърхност, можете да стигнете до извода, че вълните се сменят една друга без никаква видима закономерност – след голяма вълна може да дойде още по-голяма вълна, а може би и много малка; понякога няколко големи вълни идват подред, а понякога има участък от почти спокойна повърхност между вълните. Голямата променливост на конфигурацията на бурната морска повърхност, особено в случай на смесени вълни (а това е най-често срещаната ситуация) даде повод на известния английски физик лорд Томсън да заяви, че „...основният закон на ветровите вълни е очевидното отсъствие на какъвто и да е закон." И наистина, досега не можем да предвидим със сигурност последователността на редуване на отделни вълни дори по някоя от характеристиките, например по височина, да не говорим за други характеристики, като формата на хребети и корита и т.н.

При добавяне на две хармонични трептения, чиито честоти са достатъчно близки, възниква нехармонично трептене, наречено биене, което се характеризира с периодична промяна на интензитета с честота, равна на разликата между взаимодействащите трептения (фиг. 10 2). Нещо подобно се наблюдава при ветрови вълни. Тъй като вълните идват в някаква област от различни зонии честотите им могат да бъдат

гл. 10. Вълни в океана 197

Известен е югоизточният район на африканското крайбрежие - има силни ветрове, които карат големи вълни, набъбват, идващи от юг, и Северното течение - всичко това създава необичайно трудни условия за плаване. Бартоломео Диас, чиято експедиция вече беше спомената, в тази зона на океана издържа на силно вълнение в продължение на две седмици и според легендата продаде душата си на дявола, за да премине това място. Този път го помогна.Диаш минава покрай това място, нарича го Нос на бурите, но две години по-късно умира там. Португалският крал Йоан II преименува нос Бурите на нос Добра надежда, тъй като отвъд него се отвори надеждата да стигнем до Индия по море. Именно с този нос се заражда легендата за "Летящия холандец". Именно тук се наблюдават единични измамни вълни, които се образуват в резултат на взаимодействието на вълни и течения. Тези вълни представляват стръмно набъбване на водата, имат много стръмен преден наклон и доста нежно корито. Височината им може да надвишава 15-20 m, докато често възникват в относително спокойно море. Вълните в този район представляват сериозна заплаха и за съвременните кораби. Вълните в тропическите урагани и тайфуни също са много опасни.

Науката за вълните възниква и се развива като един от клоновете на класическата хидродинамика и до 50-те години на XX век. На практика не започнах да описвам такива сложни вълни като ветрови вълни на повърхността на водните тела. Степента на възбуда се оценява главно по скалата на Бофорт на око (Таблица 10.3).

В началото на ХХ век. с прехода от ветроходния към парния флот броят на произшествията и корабокрушенията леко намалява (имаше 250-300 кораба годишно, сега ~ 150) и имаше подценяване на природните сили при определяне на безопасността на корабоплаването. Сред корабостроителите от началото на XX век. смятало се, че „силите на стихиите се предават пред нови силни кораби“. Това мнение коства живота на много моряци. Морските вълни са доста страшно явление в природата и природата не толерира пренебрегването на себе си и често отмъщава на хората, като по този начин инициира желанието на хората да разберат по-добре и по-дълбоко нейните закони.

Таблица 10.4 показва броя на корабите, загинали от бури и други неблагоприятни хидрометеорологични условия, свързани главно с открито море, за периода от 1975 до 1979 г. Тази извадка се отнася само за търговски кораби с относително големи размери (над 500 бруто тона). Броят на произшествията на по-малки плавателни съдове през същия период се определя с четирицифрено число. Стана ясно, че

гл. 10. Вълни в океана 199

За измерване на вълни обикновено се използват акселерометрични шамандури, базирани на принципа на акустичния ехолот и хидростатичните регистратори на вълни. Измерителите на дължината на вълната обикновено измерват средната и максималната височина на вълната, средния период и дължина на вълната и честотния спектър на вълните.

В акселерометричния рекордер на вълни вълните се определят чрез двойно интегриране на сигнала, получен от акселерометричния сензор. По този принцип са проектирани най-често срещаните чуждестранни вълнови рекордери. Принципът на действие на хидростатичните регистратори на вълни се основава на свързването на хидростатичните вибрации на определена дълбочина с характеристиките на вибрациите на вълновата повърхност.

Ехолокацията се използва при отчитане на моментни стойности на височината на надморската височина на водната повърхност от свободно плаващ или акостиран шамандур (директен ехолот). Вълнови рекордери, чийто принцип се основава на обратна ехолокация, извършват сондиране на интерфейса вода-въздух изпод водата.

Радарите със синтетична апертура и висотомери, инсталирани на спътници, позволяват измерване на основните характеристики на ветровите вълни. Методите за дистанционно наблюдение позволяват да се получат характеристики на ветрови вълни върху големи площи. Въз основа на такива измервания се създават съвременни атласи на вятърните вълни. Данните за вълните могат да се видят на http://www.waveclimate.com.

Както показа историята на развитието на нашите фундаментални знания за вълнението, е необходима тясна връзка между теоретичните, експерименталните и теренните изследвания.

Вятърът е най-важният параметър, от който зависят геометричните характеристики на вълните. Въпреки това, при постоянен и доста дълъг вятър, средните характеристики на вълните се увеличават по пътя на тяхното разпространение, докато те са под въздействието на вятъра. Този път се нарича дължина на ускорението на вятъра или просто ускорение. Трудностите при наблюдението на морските вълни и тяхното регистриране в естествени условия принудиха учените да се обърнат към лабораторно моделиране на ветрови вълни. В зората на изследването на морските вълни лабораторното моделиране беше почти единственият източник на количествени характеристики на вълните. Този източник обаче се оказа много ограничен – и ето защо. Основната трудност при лабораторното моделиране на вълните е да се осигури достатъчно голямо ускорение на вълните, тоест трябва да имате дълги канали. Средните параметри на вълната обикновено се променят с течение на времето и в

208_______________________ гл. 10. Вълни в океана _________________________

в този случай всеки спектрален компонент достига максимум, след това намалява до минимум и накрая достига равновесна стойност. Този ефект се нарича ефект на превишаване. Той е идентифициран чрез измервания в пълномащабни и лабораторни условия. Предната част на спектъра се формира поради експоненциалното развитие на неговите компоненти и механизма на нелинейно преразпределение на енергията между спектралните компоненти. Уравнението на баланса на вятърната енергия е разгледано подробно в монографии.

Най-известният и изследван вид дълги вълни са приливите и отливите. Приливите и отливите се причиняват от гравитационните (приливни) сили на Луната и Слънцето. В океаните и моретата приливите и отливите се проявяват под формата на периодични колебания в нивото на водната повърхност и теченията. Приливните движения съществуват и в атмосферата, а приливните деформации - в твърдата Земя, но тук те са по-слабо изразени, отколкото в океана.

В крайбрежните зони стойността на колебанията на нивото достига 5-10 m. Максималните стойности на колебанията на нивото се достигат в залива Fundy (Канада) - 18 m. На брега на Русия най-високият прилив се наблюдава в Залив Пенжинская - 12,9м. приливни теченияв крайбрежната зона достига 15 км/ч. V открит океанколебанията в нивото и скоростта на теченията са много по-малки.

Приливната сила на луната е приблизително два пъти по-голяма от приливната сила на слънцето. Вертикалните компоненти на приливната сила са много по-малки от силата на гравитацията, така че ефектът им е незначителен. Но хоризонталният компонент на приливната сила причинява значителни движения на водни частици, които се проявяват под формата на приливи и отливи.

Комбинираното действие на Луната и Слънцето води до образуване на сложни форми на колебания на нивата. Има следните основни видове приливи: полудневни, дневни, смесени, анормални. При полудневен прилив периодът на колебания на водната повърхност е равен на половин лунен ден. Амплитудата на полудневния прилив се променя в съответствие с фазите на луната. Полудневният прилив е най-често срещан в океаните. Периодът на колебания на нивото в дневния прилив е равен на лунния ден. Амплитудата на дневния прилив зависи от склонението на луната. Смесените горещи вълни се подразделят на нередовни полудневни и нередовни дневни. Ненормални горещи вълни

гл. 10. Вълни в океана 209

Имат няколко разновидности, но всички са доста редки в океаните.

Прогнозата (или предварителното изчисляване) на приливните нива е от голямо значение за морската практика. Приливната прогноза се основава на хармоничен анализ на наблюденията на морското равнище. След като се изберат основните хармонични компоненти от данните за наблюдение, нивото се изчислява в бъдеще. Най-пълното хармонично разлагане на приливния потенциал, извършено от А. Дъдсън, съдържа повече от 750 компонента. Методите за прогнозиране на приливи и отливи са разгледани подробно в.

Първата теория за приливите и отливите е разработена от И. Нютон и се нарича статична. В статичната теория се счита, че океанът покрива цялата Земя, която се счита за недеформируема, водата се счита за невиждаема и безинерционна. С океан, покриващ цялата Земя, статичният прилив се описва с постоянен коефициент от приливния потенциал. Водната повърхност на океана се описва с така наречения "приливен елипсоид", чиято главна ос е насочена към смущаващата звезда (Луна, Слънце) и я следва. Земята, от друга страна, се върти около оста си и вътре в този "приливен елипсоид". Статичната теория, въпреки слабостта на основните допускания, правилно описва основните свойства на приливите и отливите.

По-съвършена динамична теория на приливите и отливите, която вече разглежда движението на вълните в океана, е построена от Лаплас. В динамичната теория уравненията на движението и уравнението на непрекъснатостта се записват под формата на приливните уравнения на Лаплас. Приливните уравнения на Лаплас са частни диференциални уравнения, написани в сферична координатна система, така че тяхното аналитично решение може да бъде получено само за идеални случаи, например тесен дълбок канал, обграждащ цялата Земя (т. нар. канална теория на приливите и отливите). За малки водни площи приливните уравнения на Лаплас могат да бъдат записани в декартова координатна система. Резултатите от изчисленията на приливите и отливите в Световния океан са представени под формата на специални карти, на които е нанесено положението на гребена на приливната вълна в различно време (обикновено лунно). Съвременни картиприливите и отливите се конструират на базата на числени методи, базирани на данни от наблюдения.

210 гл. 10 вълни в океана

Теорията на дългите вълни се основава на предположението, че дълбочината на течността Хе малък в сравнение с дължината на вълната A, т.е. A ^> Н.Теорията на дългите вълни описва приливни явления, вълни цунами и ветрови вълни и вълни, разпространяващи се в плитки води. Дългите вълни включват също наводнения и борни вълни, наблюдавани в резервоари и реки.

амплитуда на дълги вълни амного по-малко от тяхната дължина и е възможно да се извърши описание с помощта на линейна теория. Ако тези условия не са изпълнени, тогава е необходимо да се вземат предвид нелинейните ефекти.

Цунами в буквален превод от японски - “ голяма вълнав пристанището”. Под цунами обикновено се разбира гравитационни вълни, които възникват в морето в резултат на мащабни, краткотрайни смущения (подводни земетресения, изригване на подводни вулкани, подводни свлачища, падащи метеорити, скални фрагменти във водата, експлозии във вода, рязка промяна в метеорологичните условия и др.).

Характерната продължителност на вълната цунами е 10-100 минути; дължина - 10-1000 км; скорост на разпространение L ™ Am, m ..

ускорение на гравитацията, I - дълбочина а височината при търкаляне на брега може да достигне десетки метра. Тези вълни са много дълги, в първо приближение за тях е приложима теорията за "плитка вода".

По отношение на броя на смъртните случаи годишно в резултат на природни бедствия на Земята, цунамито се нарежда на 5-то място след наводнения, тайфуни, земетресения и суши. Разпределението на цунамита в регионите се характеризира със силна хетерогенност; основният брой цунами се среща в моретата на Тихия океан.

Разпределението на цунамита в океаните и моретата се характеризира по следния начин:

Тихия океан (периферията му) 75%

иАтлантически океан 9%

Индийски океан 3%

средиземноморски 12%

други морета 1%

За да добием представа за цунамито, представяме характеристиките на най-големите цунами за стогодишен интервал (1880-1980) в табл. 10 6.

За класификацията на цунамита академик С. Л. Соловьев предложи полуколичествена скала (въз основа на анализа на историческите цунамита), която се основава на височината на повишаване на нивото.

Катастрофични цунами(интензивност 4). Средното покачване на нивото на участък от брега с дължина 400 км (и повече) достига 8 м. Вълните на места са с височина 20-30 м. Настъпва разрушаване на всички постройки по брега. Такива цунами се случват по цялото крайбрежие на Тихия океан.

Много силно цунами(интензивност 3). На брега, дълъг 200-400 км, водата се издига с 4-8 м, на места до 11 м. Такива цунами се наблюдават в по-голямата част от Световния океан.

Силни цунами(интензивност 2). На брега, дълъг 80-200 км, средното покачване на нивото на водата е 2-4 m, на места 3-6 m.

Умерено цунами(интензивност 1). На участък от 70-80 км водата се покачва с 1-2 m.

Слаби цунами(интензитет 0). Покачването на нивото е по-малко от 1 m.

212 гл. 10 вълни в океана

Други цунамита са с интензивност от -1 до -5.

Колкото по-силно е цунамито, толкова по-рядко се случват. Цунами с интензитет 4 се случват веднъж на всеки 10 години и през тихоокеански; интензитет 3 - веднъж на 3 години; интензивност 2 - 1 път на 2 години; интензивност 1 - 1 път годишно; интензивност 0 - 4 пъти годишно.

Основните причини за цунамита са земетресения, експлозии на вулканични острови и изригване на подводни вулкани, лавини и свлачища. Нека разгледаме накратко тези причини поотделно.

Около 85% от цунамитата са причинени от подводни земетресения. Това се дължи на сеизмичността на много океански региони. Средно годишно се случват 100 000 земетресения, от които 100 са катастрофални. Средно веднъж на 10 години земетресение причинява цунами в Тихия океан с височина (средно) до 8 m (в някои точки до 20-30 m) (интензивност 4). Цунами с височина 4-8 m (от сеизмичен произход) се случва на всеки 3 години, с височина 2-4 m - годишно.

На Далеч на изток(РФ) за 10 години има 3-4 цунами с височина над 2 м. Най-трагичното цунами в Русия се случи на 4 ноември 1952 г. в Северо-Курилск. Градът е почти напълно разрушен. Земетресение започна през нощта, около 40 минути след края му, водна стена удари града, който отстъпи няколко минути по-късно. Морското дъно беше оголено на няколкостотин метра, но след около 20 минути над 10 м висока вълна удари града, която унищожи почти всичко по пътя си. След като се отрази от хълмовете, заобикалящи града, вълната се търкулна в низините, където преди това е бил центърът на града, и завърши разрушението. Цунамито изненада жителите на града.

На Земята има две зони на земетресения. Единият е разположен в меридионална посока и минава по източния и западния бряг на Тихия океан. Тази зона дава по-голямата част от цунамито (до 80%). Втората зона на огнища на земетресенията заема географска ширина - Апенините, Алпите, Карпатите, Кавказ, Тиен Шан. В рамките на тази зона цунамита се появяват по бреговете на Средиземно, Адриатическо, Арабско, Черно море, в северната част Индийски океан... По-малко от 20% от всички цунамита се случват в тази зона.

Механизмът на генериране на цунами по време на земетресения е следният. Основната причина е бързата промяна в топографията на морското дъно

гл. 10 вълни в океана 213

(движение), което кара повърхността на океана да се отклони от равновесното положение. Поради ниската свиваемост на водата се наблюдава бързо понижаване или издигане на значителна маса вода в областта на движение. Получените смущения се разпространяват под формата на дълги гравитационни вълни.

Интензитетът и магнитудът се използват за количествено описание на земетресенията. Интензитетът се оценява в точки (12-бална скала MSK-64). (Япония има 7-степенна скала.) Точката е мерна единица за разклащането на земята, почвата. Основната характеристика, която определя оценката, е реакцията на почвите към сеизмичните вълни. Енергията на земетресението се определя от магнитуда М.

Най-важната задача при прогнозирането на цунамита от сеизмичен произход е да се установят признаци за цунамигенност на земетресенията. Сега се смята, че ако магнитудът на земетресението надвиши определена прагова стойност M p, източникът се намира под морското дъно, тогава земетресението ще бъде цунамигенно.

За Япония са предложени емпирични формули, които свързват магнитуда на цунамигенните земетресения и дълбочината на източника Х(в километри):

Не повече от 0,1 от енергията, освободена по време на земетресение, се превръща в енергия на цунами.

В резултат на анализа на теренните данни са установени следните свойства на източника на цунамигенни земетресения. Енергията се разпространява главно по нормалата към главната ос на огнището. Степента на насоченост зависи от удължението на фокуса. Центровете на големи цунами, като правило, са силно удължени. Техните оси са ориентирани успоредно на най-близкия бряг, депресия или островна дъга, така че основният източник на енергия е насочен към морето. Съотношението на амплитудата на вълната по разлома към амплитудата на вълната в посока, перпендикулярна на разлома, е приблизително 1 / 10-1 / 15. Отделни измервания потвърждават това, например цунамито, причинено от земетресението в Аляска от 1964 г., вълните от което са регистрирани на няколко сеизмични станции в Тихия океан. Това даде възможност да се изгради достатъчно подробна диаграма на насочеността на цунамито.

Подводните земетресения причиняват не само вълни цунами, те могат да причинят силни смущения във водния слой в епицентралната област, което може да се прояви под формата на рязко увеличаване на вертикалния обмен в океана. Вертикална

214 Глава 10 Вълни в океана

Обменът води до трансформация на температурата, солеността и цветните полета на океана. Излизането на дълбоки води на повърхността ще доведе до образуването на обширна аномалия на температурата на повърхността на океана. Отстраняването на хранителните вещества в повърхностния слой, обикновено изчерпани с тези вещества, води до повишаване на концентрацията на фитопланктона. Тъй като фитопланктонът е основното звено в трофичната верига и определя биопродуктивността на водите, са възможни явления като миграция на риби, морски животни и др. Непосредствено над епицентралната зона се наблюдават силни нарушения на водния слой, изразяващи се бълбукането на водата, отделянето на водни стълбове, образуването на стръмни стоящи вълни с амплитуда до 10 м. Сред моряците това явление е известно като морско земетресение. Анализ на сателитни данни за температурата на повърхността на океана и сеизмични данни разкри намаляване на температурата на повърхността на океана и повишаване на концентрацията на хлорофил а, което последва серия от силни подводни земетресения в района на Сулавеси (Индонезия, 2000 г.). Поредица от лабораторни експерименти позволиха да се установи, че флуктуациите в дъното на басейна могат да доведат до генериране на вертикални потоци, които могат да разрушат съществуващата стабилна стратификация и да доведат до освобождаване на студени и богати на хранителни вещества дълбоки води на повърхността, което ще доведе до образуване на аномалия в температурата на повърхността на океана и концентрацията на хлорофил.

На земята около 520г активни вулкани, две трети от които са разположени на бреговете и островите на Тихия океан. Техните изригвания често водят до цунами. Ето няколко примера.

При експлозията на вулкана Кракатау на 26 август 1883 г. в Индонезия височината на вълната цунами достига 45 м, загиват 36 000 души. Вълни цунами заляха целия свят. Енергията на тази катастрофа е еквивалентна на енергията на експлозията от 250-500 хиляди. атомни бомбитип Хирошима.

Експлозията на вулканичния остров Тир в Егейско море преди 35 века (вулканът и островът преди са се наричали Санторини) причинява смъртта на минойската цивилизация. Това събитие вероятно е послужило като вид Атлантида. Служителите на проекта "Союзморния" С. Стрекалов и Б. Дугинов описват така смъртта на минойската цивилизация.

„Великата минойска цивилизация се отличаваше с ненадминати произведения на изкуството и занаятите, великолепни дворци. В средата на 15 век. пр.н.е NS бедствие сполетя Крит. Почти всички дворци са разрушени

Глава 10. Вълни в океана 215

Селищата са изоставени от жителите им. Има две хипотези за смъртта. Според едната е разрушена от варварите – ахейските гърци, според другата причината е природен катаклизъм. Преди около 3,5 хиляди години вулканичният остров Санторини избухна в Егейско море. В резултат на катастрофата се образуват гигантски вълни, които удариха остров Крит и се разпространиха в Египет, наводнявайки делтата на Нил. Така ли беше? Може ли тя да стане истинската причина за смъртта на цивилизацията? Тези въпроси определят формулирането на следния хидродинамичен проблем: „Катастрофичното цунами по бреговете на Крит и в Египет през 15-14 век. пр. н. е."

В крайбрежната зона на Крит, под вода на дълбочина от 8 до 30 m, са открити керамични изделия, а на дълбочина 30-35 m - градивни блокове, датиращи от древни времена. Изхождайки от факта, че приливната вълна е равна на приливната вълна, първата също имаше височина 30-35 м. В търсене на аналози на такава вълна в приблизително съответния подводен и повърхностен релеф на района, ние се обърнахме до най-мощното природно бедствие през последните векове - експлозията на вулкана Кракатау (в края на XIX v.). Там вълната цунами, според наличните данни, достигна височина от 40 м в източника. Въз основа на аналога предположихме, че земетресение с магнитуд 8,5 е станало в района на остров Санторини на дълбочина около 300 m . Освен това поехме посоката на оста на фокуса, за да съвпадне с посоката на изобатите в района на остров Санторини и успоредно на надлъжния остров Крит. След това в резултат на изчисления, извършени по оригиналния метод, разработен в Союзморнийпроект, беше установено, че в съответствие с първоначалните данни, единична вълна цунами от типа солитон с височина 44 m и дължина около 100 km трябваше да възникне; дължината на надлъжната ос на извора е 220 km, а ширината му е 50 km. Разпространението на такава вълна дава възможност да се предположи следното.

На юг от източника вълната намалява, а близо до северния бряг на Крит височината й е 31 м. При преминаване в заливите на острова височината на вълната се увеличава до 50 м, а след отражението й от стръмните брегове и континенталния склон, отделните пръски могат да достигнат височина 60-100 м. В Средиземно море вълната преминава през проливите, отслабвайки поради екранирането на островите. На изхода от протока Касос край южния бряг на Крит височината на вълната е 9,3 м. След пресичане на Средиземно море и взаимодействието на вълната с континенталния склон и шелфа в района на делтата на Нил, височината й става 4 m. По делтата на Нил, която има малък повърхностен наклон

216 Глава 10. Вълни в океана.

(около 5,5 10 ~ 5), вълната се разпространява на разстояние от 73 km до устието на скалния бряг, тоест практически цялата морска част на делтата е обект на наводнение. В делтата на Нил, за исторически период от няколко хиляди години, скоростта на отлагане на алувий е практически постоянна и е равна на 0,9-1,3 mm годишно. Изключение прави второто хилядолетие пр. н. е., когато по неизяснени причини не са открити забележими алувийни отлагания. Може да се предположи, че вълната цунами, наводнила делтата през този период от време, е отмила и е отнесла целия повърхностен алувиален слой в морето.

Бедствието, което се случи на остров Санторини, заедно с околната среда, вероятно има сериозни социални последици. Огромни вълни, високи 30-50 м, бяха доста способни да унищожат минойската цивилизация, съществувала на Крит. Наводняване на делтата на Нил в края на периода XVIII-нач 19-та династия на фараоните е преди всичко резултат от рязко влошаване на екологичната ситуация, свързана с изчезването на плодородния почвен слой, засоляването и образуването на блата. Социалните последици от селскостопанската криза в делтата биха могли в крайна сметка да допринесат за началото на упадъка на египетското царство."

Наскоро (01/08/1933) вулканична експлозия на остров Харимкатан доведе до образуването на цунами, с вълни, достигащи 9 m (Курилски хребет).

Най-впечатляващият пример за образуването на вълна цунами по време на срутване се случи на 10 юли 1958 г. Лавина с 300 милиона m3 скала от склоновете на планината Феъруедър (Аляска) в залива Литуя създаде цунами с височина 60 m с максимален разгон от 524 m спрямо необезпокояваното ниво, когато вълната се втурва към брега).

Цунами с височина до 15 m възникнаха от скални фрагменти, падащи от 200 m височина (остров Мадейра, 1930 г.). В Норвегия през 1934 г. 37 m високо цунами се появи от падането на скала с тегло 3 милиона тона от 500 m височина.

Свлачища по склона на океански ров (Пуерто Рико) през декември 1951 г. предизвикаха вълна цунами. На континенталния склон на океана често се наблюдават свлачища, мътни потоци, докато скъсванията на кабели и тръбопроводи играят ролята на индикатори за образуването и преминаването на свлачища или мътни потоци.

На 6 октомври 1979 г. 3 м високо цунами удари Лазурния бряг близо до Ница. Задълбочен сеизмичен анализ

гл. 10. Вълни в океана 217

Ситуацията, метеорологичните условия позволиха да се заключи, че причината за цунамито са подводни свлачища. Офшорните инженерни работи могат да провокират образуването на свлачища и в резултат на това появата на цунами.

Експлозиите във вода на атомни и водородни бомби могат да причинят вълна от типа цунами. Например в атола Бикини експлозията в Бей Кер създаде вълни с височина около 28 м на разстояние 300 м от епицентъра. Военните разгледаха въпроса за изкуственото създаване на цунами. Но тъй като по време на образуването на цунами, само малка част от енергията на експлозията се преобразува в енергия на вълната и насочеността на вълната на цунами е ниска, разходите за енергия за създаване на изкуствено цунами (мощна вълна в определена част от брега) са много високи.

При развитието на цунами обикновено се разграничават 3 етапа: 1) образуване на вълни и тяхното разпространение в близост до източника; 2) разпространение на вълните в открития океан на голяма дълбочина; 3) трансформация, отразяване и унищожаване на вълни на шелфа, изтичането им до брега, резонансни явления в заливите и на шелфа. Изучаването на тези етапи е значително различно.

За да се реши хидродинамичната задача за изчисляване на вълните, е необходимо да се зададат началните условия - полетата на премествания и скорости в източника. Тези данни могат да бъдат получени чрез директно измерване на цунамита в океана или индиректно чрез анализиране на характеристиките на процесите, които генерират цунами. Първите регистрации на цунами в открития океан са извършени от С. Л. Соловьев и др. През 1980 г. близо до Южните Курилски острови. Съществува принципна възможност за определяне на параметрите в източника въз основа на решението на обратната задача - на базата на малкото прояви на цунами на брега, да се определят параметрите му в източника. По правило обаче има много малко полеви данни за правилното решение на такава обратна задача.

За да се предскаже проявлението на цунами в крайбрежната зона и за решаване на други инженерни проблеми, е необходимо да се знае промяната във височината, периода и посоката на фронта на вълната поради пречупване. Тази цел се обслужва от диаграми на пречупване, които показват положението на гребените на вълните (фронтовете) на различни разстояния по едно и също време или позицията на гребена на една и съща вълна в различно време. Лъчите (ортогонални на позицията на фронтовете) са начертани на същата карта. Ако приемем, че енергийният поток между двата ортогонала е запазен, промяната във височината на вълната може да бъде оценена. Пресичането на лъчите води до неограничено увеличаване на височината на вълната. Пренесена мощност

220 Глава 10. Вълни в океана

Издигащ се разбивач - вълната се навива без срутване по стръмни склонове.

Вълна(Вълна, вълна, море) - образува се поради кохезията на частици течност и въздух; плъзгайки се по гладката повърхност на водата, въздухът отначало създава вълни и едва след това въздейства върху наклонените й повърхности, като постепенно развива възбудата на водната маса. Опитът показва, че водните частици нямат транслационно движение; се движи само вертикално. Морските вълни са движението на водата по морската повърхност, което се случва на равни интервали.

Най-високата точка на вълната се нарича Гребенили върха на вълната, а най-ниската точка е подметка. Височинавълната е разстоянието от гребена до основата му и дължинатова е разстоянието между два хребета или подметки. Времето между два хребета или подметки се нарича месечен цикълвълни.

Основните причини за възникване

Средно височината на вълната по време на буря в океана достига 7-8 метра, обикновено може да се простира на дължина - до 150 метра и до 250 метра по време на буря.

В повечето случаи морските вълни се образуват от вятъра Силата и размерът на такива вълни зависят от силата на вятъра, както и от неговата продължителност и „ускорение“ – дължината на пътя, по който вятърът действа върху водата повърхност. Понякога вълните, които удрят брега, могат да се генерират на хиляди километри от брега. Но все още има много други фактори за появата на морски вълни: това са приливните сили на Луната, Слънцето, трептения атмосферно налягане, изригвания на подводни вулкани, подводни земетресения, движение на кораби.

Вълните, наблюдавани в други водни тела, могат да бъдат от два вида:

1) Вятърсъздадени от вятъра, придобиващи постоянен характер, след като вятърът спре да действа и наречени стабилни вълни, или набъбване; Ветровите вълни се създават от действието на вятъра (движение въздушни маси) на повърхността на водата, тоест инжектиране. Причината за осцилаторните движения на вълните става лесно разбираема, ако забележите ефекта на същия вятър върху повърхността на пшенично поле. Ясно се вижда непостоянството на ветровите течения, които създават вълни.

2) Вълни на изместване, или стоящите вълни, се образуват в резултат на силни сътресения на дъното по време на земетресения или се възбуждат например от рязка промяна в атмосферното налягане. Тези вълни се наричат ​​още самотни вълни.

За разлика от приливите, отливите и теченията, вълните не преместват водните маси. Вълните отиват, но водата остава на мястото си. Лодка, която се люлее на вълните, не отплува с вълната. Тя ще може да се движи малко по наклон, само благодарение на силата на земната гравитация. Частиците вода във вълна се движат на пръстени. Колкото по-далеч са тези пръстени от повърхността, толкова по-малки стават и накрая изчезват напълно. Намирайки се в подводница на дълбочина 70-80 метра, няма да усетите ефекта на морските вълни дори при най-силната буря на повърхността.

Видове морски вълни

Вълните могат да пътуват на огромни разстояния, без да променят формата си и практически без да губят енергия, дълго след като вятърът, който ги е причинил, е утихнал. Разбивайки се на брега, морските вълни отделят огромна енергия, натрупана по време на пътуването. Силата на непрекъснато разбиващите се вълни променя формата на брега по различни начини. Преливащи се и търкалящи се вълни измиват брега и затова се наричат конструктивен... Вълните, които се разбиват в брега, постепенно го разяждат и отмиват плажовете, които го защитават. Затова се наричат разрушителен.

Ниските, широки, заоблени вълни в морето се наричат ​​набъбване. Вълните карат водните частици да описват кръгове, пръстени. Размерът на пръстените намалява с дълбочината. Когато вълната се приближава до наклонения бряг, водните частици в нея описват все по-сплескани овали. Когато се приближават до брега, морските вълни вече не могат да затворят овалите си и вълната се разбива. В плитка вода водните частици вече не могат да затварят овалите си и вълната се разбива. Носовете са образувани от по-твърди скали и ерозират по-бавно от съседните крайбрежни зони. Стръмни, високи морски вълни разяждат скалисти скали в основата, образувайки ниши. Скалите се срутват на моменти. Терасата, загладена от вълни, е всичко, което е останало от скалите, разрушени от морето. Понякога водата се издига по вертикални пукнатини в скалата до върха и избива на повърхността, образувайки фуния. Разрушителната сила на вълните разширява пукнатините в скалата, образувайки пещери. Арките се образуват, когато вълните разяждат скалата от двете страни, докато се съединят в процеп. Когато горната част на арката падне в морето, остават каменни стълбове. Основите им са ерозирани, а стълбовете се срутват, образувайки камъни. Камъчетата и пясъка на плажа са резултат от ерозия.

Разрушителните вълни постепенно разяждат брега и отнасят пясък и камъчета от морските плажове. Като свалят цялата тежест на тяхната вода и отмития материал върху склонове и скали, вълните разрушават повърхността им. Те притискат вода и въздух във всяка пукнатина, всяка пукнатина, често с експлозивна енергия, като постепенно разцепват и отслабват скалите. Счупени скални фрагменти се използват за по-нататъшно унищожаване. Дори и най-твърдите скали постепенно се разрушават, а земята на брега се променя от вълните. Вълните могат да ерозират морския бряг с удивителна бързина. В Линкълншир, Англия, ерозията (разрушаването) напредва със скорост от 2 m годишно. От 1870 г., когато най-големият фар в Съединените щати е построен на нос Хатерас, морето отмива плажовете на дълбочина 426 метра.

цунами

цунамиса вълни с огромна разрушителна сила. Те са причинени от подводни земетресения или вулканични изригвания и могат да пресичат океаните по-бързо от реактивен самолет: 1000 км/ч. В дълбоки води те могат да бъдат по-малко от един метър, но, приближавайки се до брега, те се забавят и растат до 30-50 метра, преди да се срутят, наводнявайки брега и помитайки всичко по пътя си. 90% от всички регистрирани цунамита са отбелязани в Тихия океан.

Най-честите причини.

Около 80% от произхода на цунамито е подводни земетресения... По време на земетресение под вода дъното се измества взаимно вертикално: част от дъното се спуска надолу, а част се издига. На повърхността на водата възникват осцилиращи вертикални движения, които се стремят да се върнат към първоначалното ниво - средното морско ниво - и генерират поредица от вълни. Не всяко подводно земетресение е придружено от цунами. Цунамигенното (т.е. генериране на вълна цунами) обикновено е земетресение с плитък източник. Проблемът с разпознаването на цунамигенността на земетресението все още не е разрешен, а предупредителните служби се ръководят от магнитуда на земетресението. Най-силните цунами се генерират в зоните на субдукция. Също така е необходимо подводният удар да влезе в резонанс с вълновите трептения.

Свлачища... Цунамита от този тип се срещат по-често, отколкото се оценяваше през ХХ век (около 7% от всички цунамита). Често пъти земетресението причинява свлачище и също така генерира вълна. На 9 юли 1958 г. земетресение в Аляска предизвика свлачище в залива Литуя. Маса от лед и земни скали се срути от височина 1100 м. Образува се вълна, достигаща височина над 524 м на отсрещния бряг на залива. Такива случаи са доста редки и не се считат за стандарт. Но подводните свлачища се появяват много по-често в делтите на реките, които са не по-малко опасни. Земетресение може да причини свлачище и например в Индонезия, където утаяването на шелфа е много голямо, свлачищните цунами са особено опасни, тъй като се появяват редовно, причинявайки местни вълни с височина над 20 метра.

Вулканични изригванияпредставляват около 5% от всички цунамита. Големите подводни изригвания имат същия ефект като земетресенията. Силните вулканични експлозии не само генерират вълни от експлозията, но водата също така запълва кухини от изригнал материал или дори калдера, което води до дълга вълна. Класически пример е цунамито, образувано след изригването на Кракатау през 1883 г. Огромни цунами от вулкана Кракатау бяха наблюдавани в пристанища по целия свят и унищожиха общо над 5000 кораба, убивайки около 36 000 души.

Признаци на цунами.

• Внезапно бързооттегляне на водата от брега на значително разстояние и отводняване на дъното. Колкото повече морето се отдалечава, толкова по-високи могат да бъдат вълните цунами. Хора, които са на брега и не знаят за опасности, може да остане от любопитство или да събира риби и черупки. В този случай е необходимо да напуснете брега възможно най-скоро и да се отдалечите от него на максимално разстояние - това правило трябва да се спазва, например в Япония, на брега на Индийския океан на Индонезия, Камчатка. В случай на телецунами вълната обикновено се издига, без водата да се оттегля.
• земетресение... Епицентърът на земетресението обикновено е в океана. На брега обикновено земетресението е много по-слабо и често изобщо няма. В регионите, предразположени към цунамо, има правило, че ако се усети земетресение, е по-добре да отидете по-далеч от брега и в същото време да се изкачите на хълм, като по този начин се подготвите предварително за пристигането на вълна.
• Необичаен дрейфлед и други плаващи предмети, образуване на пукнатини в спойката.
• Огромни тласъципо краищата на неподвижни ледове и рифове, образуване на вълни, течения.

Убийствени вълни

Убийствени вълни(Блуждаещи вълни, чудовищни ​​вълни, freak wave - аномална вълна) - гигантски вълни, които възникват в океана, високи повече от 30 метра, имат поведение, необичайно за морските вълни.

Дори преди около 10-15 години учените смятаха историите на моряците за гигантски вълни убийци, които възникват от нищото и потъват кораби, просто за морски фолклор. Дълго време блуждаещи вълнисе считат за измислици, тъй като не се вписват в никакви математически модели, съществували по това време за изчисляване на възникването и тяхното поведение, тъй като вълни с височина повече от 21 метра в океаните на планетата Земя не могат да съществуват.

Едно от най-ранните описания на чудовищна вълна датира от 1826 г. Височината му била повече от 25 метра и била забелязана в Атлантически океанблизо до Бискайския залив. Никой не повярва на това съобщение. И през 1840 г. навигаторът Дюмон д "Хурвил рискува да се появи на среща на Френското географско дружество и да заяви, че е видял 35-метрова вълна със собствените си очи. все повече и повече.

Исторически доказателства за "вълни убийци"

И така, през 1933 г. корабът на ВМС на САЩ "Рамапо" е уловен в буря в Тихия океан. В продължение на седем дни корабът беше хвърлен над вълните. И сутринта на 7 февруари вал с невероятна височина изведнъж пропълзя отзад. Първоначално корабът беше хвърлен в дълбока пропаст, а след това се издигна почти вертикално нагоре по планина от пенеща се вода. Екипажът, който имаше късмета да оцелее, записа височината на вълната - 34 метра. Тя се движеше със скорост от 23 m / s, или 85 km / h. Досега това се смята за най-високата вълна-убиец, измервана някога.

По време на Втората световна война, през 1942 г., лайнерът Queen Mary превозва 16 хиляди американски войници от Ню Йорк до Великобритания (между другото, рекордът за броя на хората, транспортирани на един кораб). Изведнъж се появи 28-метрова вълна. „Горната палуба беше на обичайната си височина и изведнъж – веднъж! – рязко се спусна надолу,” – спомня си д-р Норуол Картър, който беше на борда на злополучния кораб. Корабът се наклони под ъгъл от 53 градуса - ако ъгълът беше поне три градуса повече, смъртта щеше да е неизбежна. Историята на "Кралица Мария" е в основата на холивудския филм "Посейдон".

Въпреки това, на 1 януари 1995 г. вълна с височина 25,6 метра, наречена вълна Dropner, е регистрирана за първи път на петролната платформа Dropner в Северно море край бреговете на Норвегия. Проектът "Максимална вълна" позволи нов поглед върху причините за смъртта на сухотоварни кораби, превозващи контейнери и други важни товари. Допълнителни проучвания бяха записани в рамките на три седмици Глобусътповече от 10 единични гигантски вълни, чиято височина надвишава 20 метра. Новият проект беше наречен Wave Atlas, който предвижда съставянето на световна карта на наблюдаваните чудовищни ​​вълни и последващата й обработка и добавяне.

Причини за възникване

Има няколко хипотези за причините за екстремни вълни. На много от тях им липсва здрав разум. Най-простите обяснения се основават на анализа на проста суперпозиция на вълни с различни дължини на вълната. Оценките обаче показват, че вероятността от екстремни вълни в такава схема е твърде ниска. Друга забележителна хипотеза предполага възможността за фокусиране на вълновата енергия в някои структури на повърхностни течения. Тези структури обаче са твърде специфични за механизма за фокусиране на енергия, за да обяснят систематичното възникване на екстремни вълни. Най-надеждното обяснение за появата на екстремни вълни трябва да се основава на вътрешните механизми на нелинейните повърхностни вълни, без да се включват външни фактори.

Интересно е, че такива вълни могат да бъдат както гребени, така и вдлъбнатини, което се потвърждава от очевидци. По-нататъшните изследвания включват ефектите на нелинейността във вятърните вълни, което може да доведе до образуването на малки групи вълни (пакети) или отделни вълни (солитони), които могат да пътуват на дълги разстояния без значителни промени в тяхната структура. Подобни пакети също са многократно наблюдавани в практиката. Характерните особености на такива групи вълни, които потвърждават тази теория, са, че те се движат независимо от други вълни и имат малка ширина (по-малко от 1 km), а височините рязко спадат по краищата.

Все още обаче не е възможно напълно да се изясни естеството на аномалните вълни.

Вълните, които сме свикнали да виждаме на повърхността на морето, се генерират главно от вятъра. Въпреки това, вълните могат да възникнат по други причини, тогава те се наричат;

Прилив, образуван под действието на приливните сили на Луната и Слънцето;

Баричен, възникващ от внезапни промени в атмосферното налягане;

Сеизмични (цунами), образувани в резултат на земетресения или вулканични изригвания;

Корабни, произтичащи от движението на кораба.

На повърхността на моретата и океаните преобладават ветровите вълни. Приливните, сеизмичните, напорните и корабните вълни не оказват съществено влияние върху навигацията на корабите в открития океан, така че няма да се спираме на тяхното описание. Ветровите вълни са един от основните хидрометеорологични фактори, които определят безопасността и икономическата ефективност на корабоплаването, тъй като вълната, бягаща върху кораб, го удря, разклаща го, удря се встрани, наводнява палубите и надстройките и намалява скоростта. Накланянето създава опасни пети, затруднява локализирането на кораба и силно изтощава екипажа. В допълнение към загубата на скорост, вълнението причинява отклонение и избягване на кораба от даден курс, а за поддържането му е необходимо постоянно преместване на руля.

Ветровата вълна е процесът на образуване, развитие и разпространение на вълни, предизвикани от вятъра, върху морската повърхност. Ветровите вълни имат две основни характеристики. Първата характеристика е неравномерност: нарушение в размера и формата на вълните. Една вълна не повтаря друга, голяма може да бъде последвана от малка, а може би дори и по-голяма; всяка отделна вълна непрекъснато променя формата си. Гребените на вълните се движат не само по посока на вятъра, но и в други посоки. Такава сложна структура на нарушената морска повърхност се обяснява с вихровия, турбулентен характер на вятъра, който образува вълните. Втората характеристика на вълнението е бързата променливост на неговите елементи във времето и пространството и също е свързана с вятъра. Размерът на вълните обаче зависи не само от скоростта на вятъра, от голямо значение са продължителността на неговото действие, площта и конфигурацията на водната повърхност. От гледна точка на практиката не е необходимо да се познават елементите на всяка отделна вълна или всяко вълново трептене. Следователно изследването на възбудата в крайна сметка се свежда до идентифициране на статистически модели, които са числено изразени чрез зависимостите между елементите на вълните и факторите, които ги определят.

3.1.1. Елементи на вълните

Всяка вълна се характеризира с определени елементи,

Общите елементи за вълните са (фиг. 25):

Горна част - най-високата точкагребен на вълната;

външна подметка - най-ниската точкакорита за вълни;

Височина (h) - излишък от върха на вълната;

Дължината (L) е хоризонталното разстояние между върховете на два съседни гребена върху профил на вълната, начертан в общата посока на разпространение на вълната;

Период (t) - интервалът от време между преминаването на два съседни вълнови пика през фиксирана вертикала; с други думи, това е периодът от време, през който вълната изминава разстояние, равно на нейната дължина;

Наклон (e) - съотношението на височината на дадена вълна към нейната дължина. Стръмността на вълната в различните точки от профила на вълната е различна. Средната стръмност на вълната се определя от съотношението:

Ориз. 25. Основните елементи на вълните.

За практиката е важен най-големият наклон, който е приблизително равен на съотношението на височината на вълната h към нейната половин дължина λ / 2

- скорост на вълната c - скоростта на движение на гребена на вълната в посока на нейното разпространение, определена за кратък интервал от време от порядъка на периода на вълната;

Фронт на вълната - линия в плана на грапава повърхност, минаваща по върховете на дадена вълна, които се определят от набор от вълнови профили, начертани успоредно на общата посока на разпространение на вълната.

За навигацията най-важни са вълновите елементи като височина, период, дължина, стръмност и обща посока на движение на вълните. Всички те зависят от параметрите на ветровия поток (скорост и посока на вятъра), неговата дължина (ускорение) над морето и продължителността на неговото действие.

В зависимост от условията на образуване и разпространение, ветровите вълни могат да бъдат разделени на четири типа.

Вятър - система от вълни, която в момента на наблюдение е под въздействието на вятъра, който го е причинил. Посоките на разпространение на вятърните вълни и вятъра в дълбоки води обикновено съвпадат или се различават с не повече от четири точки (45 °).

Ветровите вълни се характеризират с това, че техният подветрен наклон е по-стръмен от наветрения, така че върховете на хребетите обикновено се срутват, образувайки пяна или дори биват издухани от силен вятър. Когато вълните се появяват в плитки води и приближаването им до брега, посоките на разпространение на вълните и вятъра могат да се различават с повече от 45 °.

Набъбване - вълни, предизвикани от вятъра, разпространяващи се в зоната на образуване на вълни след отслабване на вятъра и/или промяна на посоката си, или вълни, причинени от вятъра, които идват от зоната на образуване на вълни в друга област, където вятърът духа с различна скорост и/ или в друга посока. Конкретен случай на набъбване, което се разпространява при отсъствие на вятър, се нарича мъртво вълнение.

Смесени - вълни, получени от взаимодействието на ветрови вълни и набъбване.

Трансформация на ветровите вълни - промяна в структурата на ветровите вълни с промяна в дълбочината. В този случай формата на вълните се изкривява, те стават по-стръмни и по-къси, а на малка дълбочина, която не надвишава височината на вълната, гребените на последната се преобръщат и вълните се разрушават.

По своя външен вид ветровите вълни се характеризират с различни форми.

Пулсации - първоначалната форма на развитие на ветрови вълни, възникващи под въздействието на слаб вятър; гребени на вълни с вълни приличат на люспи.

Триизмерно вълнение - набор от вълни, средната дължина на гребена на които е няколко пъти по-голяма от средната дължина на вълната.

Редовно вълнение - вълнение, при което формата и елементите на всички вълни са еднакви.

Смазването е безпорядъчно вълнение, възникващо от взаимодействието на вълни, пътуващи в различни посоки.

Вълните, които се разбиват над брегове, рифове или скали, се наричат ​​разбивачи. Вълните, които се разбиват в крайбрежната зона, се наричат ​​сърф. Имайте стръмни бреговеа при пристанищните съоръжения прибоят има формата на издигане.

Вълните на повърхността на морето се подразделят на свободни, когато силата, която ги е причинила, престане да действа и вълните се движат свободно, и принудителни, когато действието на силата, причинила образуването на вълните, не спира.

Според променливостта на елементите на вълните във времето те се делят на стационарни, тоест ветрови вълни, при които статистическите характеристики на вълните не се променят във времето, и развиващи се или затихващи - променящи своите елементи във времето.

По отношение на формата на вълната те се делят на двуизмерни - набор от вълни, средната дължина на гребена на които е многократно по-голяма от средната дължина на вълната, триизмерни - набор от вълни, средната дължина на гребена от които е няколко пъти по-дълъг от дължината на вълната и единичен, имащ само куполообразен ръб без основа.

В зависимост от съотношението на дължината на вълната към дълбочината на морето вълните се делят на къси, чиято дължина е много по-малка от морската дълбочина, и дълги, чиято дължина е по-голяма от дълбочината на морето.

По характера на движението на вълновата форма те биват транслационни, при които има видимо движение на формата на вълната, и стоящи - нямат движение. По начина, по който са разположени вълните, те се делят на повърхностни и вътрешни. Вътрешните вълни се образуват на определена дълбочина на границата между слоеве вода с различна плътност.

3.1.2. Методи за изчисляване на вълнови елементи

При изучаване на морските вълни се използват някои теоретични положения за обяснение на някои аспекти на това явление. Общите закони на структурата на вълните и естеството на движението на техните отделни частици се разглеждат от трохоидалната теория на вълните. Според тази теория отделните водни частици в повърхностните вълни се движат по затворени елипсоидни орбити, което прави пълен оборотза време, равно на периода на вълната, т.е.

Ротационното движение на последователно разположени водни частици, изместени с фазов ъгъл в началния момент на движение, създава вид на транслационно движение: отделните частици се движат по затворени орбити, докато профилът на вълната се движи транслационно по посока на вятъра. Трохоидната теория на вълните позволява математически да се обоснове структурата на отделните вълни и да се свържат техните елементи. Получени са формули за изчисляване на отделните елементи на вълните

където g е ускорението на гравитацията, дължината на вълната K е скоростта на нейното разпространение C и периодът t са свързани помежду си чрез връзката K = Cx.

Трябва да се отбележи, че трохоидалната теория на вълните е валидна само за регулярни двуизмерни вълни, които се наблюдават при свободните ветрови вълни - набъбване. При триизмерни вятърни вълни орбиталните пътища на частиците не са затворени кръгови орбити, тъй като под въздействието на вятъра има хоризонтален пренос на вода върху морската повърхност в посоката на разпространение на вълната.

Трохоидната теория на морските вълни не разкрива процеса на тяхното развитие и затихване, както и механизма на пренос на енергия от вятър към вълна. Междувременно решаването на тези проблеми е необходимо, за да се получат надеждни зависимости за изчисляване на елементите на ветровите вълни.

Следователно развитието на теорията за морските вълни следва пътя на разработване на теоретични и емпирични връзки между вятъра и вълните, като се отчита разнообразието на реалните морски ветрови вълни и нестационарността на явлението, т.е. отчита се тяхното развитие и затихване. .

V общ изгледформулите за изчисляване на елементите на вятърните вълни могат да бъдат изразени като функция на няколко променливи

H, t, Л, C = f (W, D t, H),

където W е скоростта на вятъра; D - ускорение, t - продължителност на вятъра; H е дълбочината на морето.

За плитки морски зони, за да изчислите височината и дължината на вълната, можете да използвате зависимостите

Коефициентите a и z са променливи и зависят от дълбочината на морето

А = 0,0151 Н 0,342; z = 0.104H 0.573.

За открити райони на моретата елементите на вълните, чието осигуряване на височини е 5%, и средните стойности на дължините на вълните се изчисляват според зависимостите:

H = 0,45 W 0,56 D 0,54 A,

L = 0,3lW 0,66 D 0,64 A.

Коефициент А се изчислява по формулата

За открити зони на океана вълновите елементи се изчисляват по следните формули:

където e е стръмността на вълната при ниски ускорения, D PR е максималното ускорение, км. Максималната височина на буреносните вълни може да се изчисли по формулата

където hmax е максималната височина на вълната, m, D е дължината на ускорението, мили.

В Държавния океанографски институт на базата на спектралната статистическа теория на вълните бяха получени графични връзки между елементите на вълните и скоростта на вятъра, продължителността на неговото действие и дължината на ускорението. Тези зависимости трябва да се считат за най-надеждни, даващи приемливи резултати, въз основа на които са конструирани номограми за изчисляване на височината на вълната в Хидрометеорологичния център на СССР (V.S. Krasyuk). Номограмата (фиг. 26) е разделена на четири квадранта (I-IV) и се състои от поредица от графики, подредени в определена последователност.

В квадрант I (като се брои от долния десен ъгъл) на номограмата е дадена градусова мрежа, чието деление (хоризонтално) съответства на 1 ° от меридиана на дадена географска ширина (от 70 до 20 ° N) за карти с мащаб от 1: 15 000 000 полярна стереографска проекция. Градусната мрежа е необходима за преобразуване на разстоянието между изобарите n и радиуса на кривината на изобарите R, измерено на карти с различен мащаб, в мащаб 1:15 000 000. В този случай ние определяме разстоянието между изобарите n и радиуса на кривината на изобарите R в меридианни градуси на дадена географска ширина. Радиусът на кривината на изобарите R е радиусът на окръжността, с която сечението на изобара, преминаващо през точката, за която се извършва изчислението или близо до нея, има най-голям контакт. Определя се с помощта на метър чрез подбор по такъв начин, че дъгата, изтеглена от намерения център, съвпада с даден участък от изобара. След това в градусовата мрежа отлагаме измерените стойности на дадена географска ширина, изразени в градуси на меридиана, и с решение на компас определяме радиуса на кривината на изобарите и разстоянието между изобарите, съответстващо на мащаб 1: 15 000 000.

В квадрант II на номограмата са показани криви, които изразяват зависимостта на скоростта на вятъра от баричния градиент и географска ширинаместа (всяка крива съответства на определена географска ширина - от 70 до 20 ° N). За прехода от изчисления градиентен вятър към вятъра, духащ близо до морската повърхност (на височина 10 m), е получена поправка, която отчита стратификацията на приповърхностния слой на атмосферата. При изчисляване за студената част на годината (стабилна стратификация t w 2 ° C), коефициентът е 0,6.

Ориз. 26. Номограма за изчисляване на вълновите елементи и скоростта на вятъра от картите на полето на повърхностното налягане, където са начертани изобари с интервал от 5 mbar (а) и 8 mbar (б). 1 - зима, 2 - лято.

В квадрант III се взема предвид ефектът от изобарната кривина върху скоростта на геострофичния вятър. Кривите, съответстващи на различни стойности на радиуса на кривината (1, 2, 5 и т.н.), са дадени с плътни (зимни) и пунктирани (летни) линии. Знакът oo означава, че изобарите са прави. Обикновено, когато радиусът на кривината надвишава 15 °, не се изисква да се вземе предвид кривината при изчисленията. Абсцисата, разделяща киадрантите III и IV, се използва за определяне на скоростта на вятъра W за дадена точка.

В квадрант IV има криви, които позволяват да се определи височината на така наречените значими вълни (h 3H), с вероятност от 12,5%, въз основа на скоростта на вятъра, ускорението или продължителността на действието на вятъра.

Ако е възможно да се използват не само данни за скоростта на вятъра при определяне на височината на вълната, но и данни за ускорението и продължителността на действието на вятъра, изчислението се извършва въз основа на ускорението и продължителността на действието на вятъра (в часове). За да направите това, от квадрант III на номограмата спускаме перпендикуляра не към кривата на ускорението, а към кривата на продължителността на действието на вятъра (6 или 12 часа). От получените резултати (по отношение на ускорение и продължителност) се взема по-ниската стойност на височината на вълната.

Изчислението с помощта на предложената номограма може да се направи само за райони на "дълбоко море", т.е. за райони, където дълбочината на морето е не по-малка от половината от дължината на вълната. Когато ускорението надвишава 500 km или продължителността на действието на вятъра е повече от 12 часа, се използва зависимостта на височините на вълната от вятъра, съответстваща на океанските условия (удебелена крива в квадрант IV).

По този начин, за да се определи височината на вълните в дадена точка, е необходимо да се извършат следните операции:

А) намерете радиуса на кривината на изобара R, преминаващ през или близо до дадена точка (с помощта на компас чрез напасване). Радиусът на кривина на изобарите се определя само в случай на циклонна кривина (в циклони и кухини) и се изразява в градуси от меридиана;

Б) определяне на разликата в налягането n чрез измерване на разстоянието между съседни изобари в областта на избраната точка;

В) според намерените стойности на R и n, в зависимост от сезона, намираме скоростта на вятъра W;

D) като знаем скоростта на вятъра W и ускорението D или продължителността на действието на вятъра (6 или 12 часа), намираме височината на значимите вълни (h 3H).

Ускорението се намира по следния начин. От всяка точка, за която се изчислява височината на вълната, се начертава линия на тока в посока срещу вятъра, докато посоката й се промени спрямо първоначалната с ъгъл от 45 ° или достигне брега или ръба на леда. Приблизително това ще бъде ускорението или пътят на вятъра, по време на който (вълни, пристигащи в дадена точка.

Продължителността на вятъра се определя като времето, през което посоката на вятъра е постоянна или се отклонява от първоначалната с не повече от ± 22,5 °.

Според номограмата на фиг. 26 а е възможно да се определи височината на вълната от картата на полето на повърхностния натиск, върху която са начертани изобари през 5 mbar. Ако изобарите се изтеглят през 8 mbar, тогава номограмата, показана на фиг. 26 б.

Периодът и дължината на вълната могат да бъдат изчислени от данните за скоростта на вятъра и височината на вълната. Приблизително изчисляване на периода на вълната може да се направи според графиката (фиг. 27), която показва връзката между периодите и височината на ветровите вълни при различни скорости на вятъра (W). Дължината на вълната се определя от нейния период и дълбочината на морето в дадена точка според графиката (фиг. 28).