В.И. Трухин, К.В. Показеев, В.Е. Куницын - Общая и экологическая геофизика (1119248), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Наличие же свободной границы не важно. Для длингиях прилиооотлиояых волновых доилюепий существенно гравитационное взаимодействие Луны и Солнца с учетом их вращения. В возникновении волн Россби существенную роль играет изменение равновесной потенциальной завихренности, а сила Кориолиса обусловливает образование инерционных волн. Обычно по виду возвращающей силы выделяется пять основных типов волн: звуковые, капиллярные, гравитационные, инерционные и планетарные. В природе действие сил происходит одновременно, однако, в зависимости от масштаба явлений роль сил различна, и поэтому образуются самые разные типы волновых колебаний в соответствии с ролью преобладающих сил.
Таким образом, спектр волновых движений в океане весьма разнообразен, исследование волновых явлений составляет целый раздел физики моря. Познакомиться со всеми типами волновых движений в океане в рамках краткого курса пе представляется возможным. Поэтому несколько подробнее ознакомимся с некоторыми особенностями морских ветровых волн, приливов, цунами. Морские ветровые волны Изучение закономерностей ветрового волнения интересно не только с позиций фундаментальной науки, но и с позиций практических запросов, таких, например, как мореплавание, строительство гидросооружений, портовых комплексов, расчет технического оснащения нефте- и газопромыгчов па шельфе. Около 80% разведанных запасов нефти и газа сосредоточено на дне океанов и морей, и сооружение морских платформ и морское бурение требуют надежных данных о режиме ветрового волнения.
Знание предельных размеров волн в различных акваториях Мирового океана необходимо и для обеспечения безопасности судоходства в этих местах. Ветровые волны "- явление, которое проявляется на поверхности любого водоема. Масштаб же этого явления для различных водоемов будет разным. Леонардо да Винчи в свое время писал; ~... волна бежит от места своего возникновения, а вода не двигается с места. Наподобие волн, образуемых в мае на нивах течением ветров, волны кажутся бегущими по полю, между тем нивы со своего места пе сходят». Эта особенность ветровых волн 7 В и.
Трххин и ви. 1гь 10. Вол~ьь в охеине имеет колоссальное практическое значение: если бы вместе с формой, т.е. волной, перемещалась еще и масса, т.е. вода, то ни один корабль не мог бы двигаться против волнения. Ветровое волнение обычно разделяют на три типа: ветровые волны, которые находятся под непосредственным действием ветра; волны зыби, которые наблюдаются после прекращения вет- ра или после выхода волн из зоны действия ветра; — смешанное волнение, когда ветровые волны накладываются на волны зыби.
Поскольку ветры над океанами и морями, особенно в умеренных широтах, изменчивы по скорости и направлению, ветровое волнение пространственно неоднородно и существенно изменчиво во времени. При этом волновые поля еще более неоднородны, чем ветровые, так как волны могут прийти в тот или иной район одновременно из разных (различно расположенных) зон зарождения. Если внимательно смотреть на морскую взволнованную поверхностгь то можно прийти к выводу, что волны сменяют друг друга без какой-либо видимой закономерности за большой волной может придти еще большая, а может и совсем маленькая волна; иногда приходят несколько больших волн подряд, а порой между волнами расположен участок почти спокойной поверхности. Большая изменчивость конфигурации взволнованной поверхности моря, особенно в случае смешанного волнения (а это наиболее распространенная ситуация) дала повод известному английскому физику лорду Томсону заявить, что «... основной закон ветрового волнения это кажущееся отсутствие какого- либо законам И, действительно, до настоящего времени мы не можем со всей определенностью предсказать последовательность чередования индивидуальных волн даже по какой-либо одной из характеристик, например по высоте, не говоря уже о других характеристиках, таких как форма гребней и ложбин и др.
При сложении двух гармонических колебаний, частоты которых достаточно близки, возникает негармопическое колебание, называемое биением, которое характеризуется периодическим изменением интенсивности с частотой, равной разности взаимодействующих колебаний (рис. 10.2). Нечто аналогичное наблюдается и в ветровых волнах. Поскольку волны приходят в какую-либо область из разных зон и частоты их могут быть 1л. 10. Воины в окваяв Механические колебания ьз 0,5 1,5 2,5 3,5 и, Гц Таблица 10.1 7' близки, возникают волновые колебания морской поверхности, аналогичные биениям в механических системах и получившие применительно к волнам название групп волн или волновых пакетов (рнс.
10.2). Если измерить спектр возвышений морской поверхности в этом случае, то он будет бимодальным, т. е. будет иметь два максимума на близких частотах. А если нарисовать огибающую группы волн и провести ее спектральный анализ, то спектр огибающей будет иметь четкий максимум на частоте, равной разности частот максимумов спектра ые = ьэ« — ыэ. Между группами волн наблюдается почти гладкая морская поверхность.
Человека давно занимает вопрос — сколько волн в группе, Группы волн и какая волна в ней наибольшая? ~ф~,4 ~ «фф„0)))д Древние греки считали, что в группах по 3 волны и наибольшая третья; фнникийцы и египтяне 4 5 волн, римский поэт Овидий Назон полагал, что наибольшей волной в группе является десятая, а на Востоке считали, что самая высокая 10' волна одиннадцатая. Но самое большое распространение получило мнение о наибольшей девятой волне в группе отсюда и выражение «девятый валэ, название знаменитой картины Айвазовского.
Рнс. 10.2. Группы волн Однозначного ответа на эти два вопроса нет до снх пор. Ленинградские ученые на основе анализа и обобщения большого числа записей волнения в разных экспедициях построили [39) функцию распределения количества ветровых волн в группе (табл. 10.1) для волнения различной Вл.
10. Волнн в онвинв 196 Таблица 10.2 Предельно возможная высота волн (1 раз в 30 лет) Средняя многолетняя Океаны и моря повторяемость волн, высотой > 6 м 18% Северная Атлантика 20 м 10жная Атлантика и Индийский океан 20% Северная часть Тихого океана 17% 21 м 3 — 5% Тропики Тихого океана 12 — 16 м Северное, Берингово, Охотское моря 8% 16 м Норвежское, Баренцево, Гренландское моря 8% 12 м Балтийское, Белое, Японское моря 2% 12 м Восточно-Китайское и Южно-Китайское моря 2% 12 м Средиземное, ~1ерное, Каспийское моря 3% 12 м 1% Красное море Знание режимов ветрового волнения необходимо мореплавателям.
Особую опасность для судов представляет трансформация волн на течениях [61, 69]. С атой точки зрения печальную интенсивности (высоты волн менялись в пределах 6 = 0,2 — 4,5 м). Из таблицы видно, что на самом деле девятый ввл составляет только 10% всех групп волн, а 50% групп волн состоят из 5 волн. Но встречаются волновые пакеты и с 15 волнами всего 0,5% всех случаев. Чем больше волн в группе, тем выше в ней наиболыпая волна. Группы в 5 6 волн часты и не опасны, группы в 8-10 волн не так уж редки и имеют достаточно высокую максимальную волну. Наибольшие известные волны в океане превышают по высоте 25 — 30 м, в морях они больше 15 — 20 м.
В табл. 10.2 приведены некоторые параметры волн для различных районов Мирового океана. 1л. 10. Волны «ок«ая« 197 известность имеет юго-восточный район побережья Африки здесь сильные ветры, разгоняющие большие волны, зыбь, приходящая с юга, и Северное течение - все это создает необычайно тяжелыс условия для плавания.
Бартоломео Диаш, об экспедиции которого уже упоминалось, в этом районе океана две недели противостоял сильному волнению и, чтобы пройти это место, по легенде, продал душу дьяволу. В тот раз это помогло. Диаш прошел это место, назвал его мысом Бурь, но через два года погиб там же. Португальский король Жоан 11 переименовал мыс Бурь в мыс Доброй Надежды, так как за ним открывалась надежда дойти до Индии морским путем. Именно с этим мысом связано возникновение легенды о «Летучем голландце».
Именно здесь наблюдаются одиночные волны-убийцы, образующиеся в результате взаимодействия волн и течений. Эти волны представляют крутое вспучивание воды, имеют очень крутой передний склон и достаточно пологую ложбину. Высота их может превышать 15- 20 м, при этом они возникают часто при относительно спокойном море.
Волны этого района представляют серьезную опасность и для современных судов. Большую опасность представляют также волны в тропических ураганах и тайфунах. Наука о волнах возникла и развивалась как один из разделов классической гидродинамики и до 50-х годов ХХ в. практически не приступала к описанию такого сложного волнения, каким являются ветровые волны на поверхности водоемов. Степень волнения оценивалась главным образом по шкале Бофорта на глазок (табл. 10.3). В начале ХХ в, с переходом от парусного флота к паровому количество аварий и гибели кораблей несколько уменьшилось (было 250.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
