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     国家海洋局
     中国海洋信息网
     中国海洋报
     中科院海洋研究所

     

     

     

       

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    无风不起浪

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    风浪示意图

      “无风不起浪”,这是我国的一句俗语,这句话明确地说明了海洋中风浪生成的外部原因。通常把在风的直接作用下,海面产生的波动叫做风浪。既然风浪是由风的作用产生的,那么风是如何产生浪的呢?风浪生成后,又是怎样成长和衰减的呢?这是一个很复杂的过程,到现在为止,人们对这种物理过程了解得还很不够。

      先来说风是如何产生浪的。这个问题看似简单,却是海浪研究中最基本、也是最困难的。这里实际上有两个方面的问题:一个是风的能量怎样传递给水面,并且生成最初的风浪;另一个是进入风浪里的能量在波浪运动中如何重新进行分配。

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    建在浅海的观测桩,上
    面装有仪器观测海洋现象

      目前,关于风浪生成主要有两种解释。一种解释认为,由于风的压力分布不一致,使得局部水面受压而产生波动。风浪一旦产生,风力便可以直接发生作用,浪就会继续增长。另一种解释根据流体力学的观点,认为两种相互接触的流体发生相对运动的时候,流体的接触面就变得不稳定,必须形成一定的波面才能维持平衡。当水面上稍微出现一些凹凸时,在凹凸面上各点气流的速度便不相同,凸处的风速增大,压力减小,造成这里有上升的趋势;而在凹处却相反,风速减小,压力加大,造成下降的趋势。这样一来,就加大了水面的不平,而水的表面张力和重力又有使水面恢复原状的趋势,这就形成了风浪运动。风很弱时,海面保持平静,当风速达到一定速度时,海面就开始出现毛细波。毛细波的波长很短,波高很小,可以把这种波看成是海面上的皱纹,它只存在于海面的很薄一层水面上。风再继续吹刮,促使毛细波的波长和波高增大,变成重力波。风的能量借助于气流和海面的摩擦作用,可以直接施加在波浪的迎风坡上。当风速大于波速时,波浪始终受到风的压力作用,风的能量不断地输入水体,使风浪的波高和波长不断增大。尤其在风速为波速的3-4倍时,波浪吸收的能量最强,波高和波长增长得最快,逐渐形成较大的风浪。随着风浪的增大,波的速度也相应增大。直到波速等于风速时,波浪就不再从风那里接受能量,风浪停止发展,这时候的浪也就是在这种风速下的最大浪了。

      当风向改变,或是风停止以后,由于惯性的作用,风浪仍然沿着原来的方向传播,这时,由于空气的阻力等原因,波浪的表面变得很光滑,叫做涌浪。涌浪在传播过程中,不仅得不到能量,反而因为空气的阻力而消耗能量,在传到浅水地区时,海底的摩擦也消耗能量。能量消耗的结果,使海浪的波高比原来的波高要小,周期和波长却愈来愈长。涌浪的出现,预示着海浪已进入消衰阶段。

      总而言之,风浪的生成、发展和消衰,取决于能量的摄取和消耗之间的关系。当能量的收入大于支出时,风浪就成长和发展;反之,风浪就趋于衰减和消失。


     


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