Таблица 1.2 - Шкала волнений
Высота волн, м | Степень волнения, баллы | Характеристика | Видимое состояние моря |
0 | 0 | Волнение отсутствует | Зеркально-гладкая поверхность |
0,01 — 0,25 | 1 | Слабое | Рябь, появляются небольшие гребни волн |
0,26 — 0,75 | 2 | Умеренное | Небольшие гребни волн начинают опрокидываться, но пена не белая, а стекловидная |
0,76 — 1,25 | 3 | Значительное | Небольшие волны, гребни некоторых из них опрокидываются, образуя местами белую клубящуюся пену — «барашки» |
1,26 — 2,0 | 4 | Значительное | Волны принимают хорошо выраженную форму, повсюду образуются «барашки» |
2,1 — 3,5 | 5 | Сильное | Появляются высокие гребни, их пенящиеся вершины занимают большие площади, ветер начинает срывать пену с гребней волн |
3,6 — 6,0 | 6 | Сильное | Гребни очерчивают длинные валы ветровых волн; пена, срываемая с гребней ветром, начинает вытягиваться полосами по склонам волн |
6,1 — 8,5 | 7 | Очень сильное | Длинные полосы пены, срываемой ветром, покрывают склоны волн, местами сливаясь, достигают их подошв |
8,6 — 11,0 | 8 | Очень сильное | Пена широкими плотными сливающимися полосами покрывает склоны волн, отчего поверхность становится белой, только местами во впадинах волн видны свободные от пены участки |
> 11,0 | 9 | Исключительное | Поверхность моря покрыта плотным слоем пены, воздух наполнен водяной пылью и брызгами, видимость значительно уменьшена |
При этом определенной степени волнения соответствует определенное видимое состояние моря.
Цель работы: научиться рассчитывать элементы ветровых волн.
Исходные данные: заданы скорость и время действия ветра (таблица А.1).
Порядок выполнения работы. По предложенным эмпирическим формулам рассчитать средние длину, высоту, крутизну и период волны. Вычислить фазовую скорость и возраст волны, соответствующие волнам средней длины.
Определить высоту, длину и период волн разной обеспеченности, построить кривые обеспеченности указанных элементов волн.
По значению высоты волны 10 %-ой обеспеченности определить степень волнения в баллах и привести словесное описание видимого состояния моря.
Определить при каких глубинах акватории возможно применение данной методики определения элементов ветровых волн при заданных характеристиках ветра.
Практическая работа 2
Изучение трансформации длинных волн при подходе к берегу
При подходе волн к прибрежному мелководью волны начинает заметно деформироваться (рисунок 2.1) и под действием трения о дно становятся длинными.
Рисунок 2.1 - Трансформация волны у пологого берега.
Длинными принято называть волны, для которых справедливо следующее соотношение:
, (2.1)
где 
- глубина моря, м; 
- длина волны, м.
Фазовая скорость длинных волн определяется по формуле:
, (2.2)
из которой видно, что скорость распространения длинных волн зависит только от глубины моря 
.
Переходя на уменьшающиеся глубины, волна передает свою энергию все меньшей массе воды. Благодаря этому возрастает высота волн, а под влиянием трения о дно уменьшаются длина и скорость волны. Наблюдения показывают, что при этом период волны изменяется меньше, чем другие ее элементы.
Приближенную оценку изменения длины и скорости волн на мелководье при полого поднимающемся дне можно получить из следующих рассуждений.
Из курса физики известна формула, устанавливающая взаимосвязь между скоростью 
, длиной 
и периодом 
волны:
(2.3)
тогда в соответствии с (2.3) для длинных волн получаем соотношение:
(2.4)
Полагая, что при переходе волны с глубины 
на глубину 
, период Т практически не меняется, из формулы (2.4) получаем
. (2.5)
Изменение высоты волны можно с некоторым приближением оценить по формуле Эри-Грина:
. (2.6)
Уменьшение длины и увеличение высоты волны при подходе к берегу ведет к тому, что крутизна волны резко возрастает, волна теряет устойчивость и обрушивается, образуя прибой. Обрушиванию волн, кроме того, способствует встречный отток по дну масс воды, выбрасываемых прибоем на берег. Наблюдения показывают, что обычно прибой образуется примерно на глубине разрушения 
:
, (2.7)
где 
- высота волны в точке с глубиной , м.
Прибой может образоваться и вдали от берега над возвышением дна.
Цель работы: изучить трансформацию волн при подходе к пологому берегу.
Исходные данные: заданы начальные глубина , длина 
и высота 
волны (таблица Б.1).
Порядок выполнения работы. Определить глубину разрушения 
и высоту волны на данной глубине .
В интервале глубин 
определить значения длины, высоты, крутизны и фазовой скорости распространения волн с шагом дискретизации по глубине 
.
Построить графики зависимости длины, высоты, крутизны и фазовой скорости распространения волн от глубины акватории. Проанализировать полученные результаты.
Практическая работа 3
Изучение дрейфовых течений в бесконечно глубоком море
и море конечной глубины
Морские течения - поступательные перемещения водных масс, характеризующиеся направлением и скоростью. Поскольку вертикальная составляющая скорости течения обычно невелика, ее в простейших случаях не учитывают и рассматривают движения водных масс только в горизонтальной плоскости.
Из наблюдений в природе и согласно теории морских течений следует, что главным возбудителем непериодических течений в поверхностных слоях моря является ветер.
Дрейфовые течения возникают в результате трения ветра о поверхность моря и частично в результате давления ветра на тыловую поверхность волн. Энергия движения передается посредством трения нижележащим слоям, и они также вовлекаются в поступательное движение.
К числу дрейфовых течений относятся пассатные, или экваториальные, течения всех океанов, циркумполярное течение в южном полушарии и т. д.
Дрейфовые течения в бесконечно глубоком море. Опираясь на данные ледовых наблюдений, выполненных Фритьофом Нансеном во время экспедиции на «Фраме», шведский океанолог Вагн Вальфрид Экман разработал теорию дрейфовых течений (1905 г.).
Для случая бесконечно глубокого моря Экман ввел следующие допущения:
1) море безбрежное и бесконечно глубокое (для исключения влияния трения о берега и дно);
2) ветер и вызванное им течение установились и не меняются во времени;
3) поля скоростей ветра и течения по горизонтали не меняются в пространстве;
4) вертикальная составляющая скорости отсутствует;
5) море однородно по плотности (чтобы исключить плотностное течение) и вода несжимаема;
6) поверхность моря является горизонтальной плоскостью (для исключения градиентной составляющей);
7) коэффициент турбулентного трения 
принимается постоянным по глубине.
С учетом всех указанных допущений для установившегося течения необходимо учитывать только силу турбулентного трения, передающего в глубину действие касательного напряжения ветра и силу Кориолиса, ее уравновешивающую.
Ветер тоже безграничен и постоянен, движение установившееся (стационарное). В этих сильно упрощенных условиях решение получилось простым, и составляющие скорости течения u и υ на на глубине z могут быть найдены как:
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
Основные порталы (построено редакторами)