Duzzadás (óceán) - Swell (ocean)

Breaking dagad hullámok Hermosa Beach , California

Az óceán , tenger vagy tó összefüggésében a duzzanat , más néven földi duzzadás , mechanikai hullámok sorozata, amelyek a víz és a levegő határfelülete mentén terjednek a gravitáció uralkodó hatása alatt, és ezért gyakran mint a felszíni gravitációs hullámok . Ezek a felületi gravitációs hullámok eredete a szél hullámok , de a következménye diszperziós szél hullámok távoli időjárási rendszereket , ahol a szél fúj egy időre az egy csel a víz, és ezek a hullámok kiköltözik a forrás terület sebességgel amelyek a hullámperiódus és a hossz függvényei. Általánosságban elmondható, hogy a hullámzás szél által generált hullámokból áll, amelyeket a helyi szél akkoriban nem nagyon befolyásol. A hullámhullámok gyakran viszonylag hosszú hullámhosszúak , mivel a rövid hullámhosszú hullámok kevesebb energiát hordoznak és gyorsabban oszlanak el , de ez a duzzadásért felelős időjárási rendszer mérete, erőssége és időtartama, valamint a víztest mérete miatt változik, és változik. eseményről eseményre, és ugyanabból az eseményből, idővel. Időnként 700 m -nél hosszabb duzzanatok fordulnak elő a legsúlyosabb viharok következtében.

A duzzadási irány az az irány, ahonnan a duzzanat mozog. Földrajzi irányként van megadva, vagy fokokban, vagy az iránytű pontjaiban , mint például ÉNy -i vagy DNy -i duzzanat, és a szélhez hasonlóan a megadott irány általában az az irány, ahonnan a duzzanat érkezik. A duzzanatok szűkebb frekvencia- és iránytartománnyal rendelkeznek, mint a helyben keletkező szélhullámok, mivel szétszóródtak a generációs területükről, és idővel hajlamosak a terjedési sebesség szerint rendezni, a gyorsabb hullámok először egy távoli ponton haladnak át. A duzzanatok határozottabb formát és irányt öltenek, és kevésbé véletlenszerűek, mint a helyben keletkező szélhullámok.

Képződés

Duzzadjon Lyttelton kikötője közelében , Új -Zélandon

A parton észlelt nagy megszakítók az óceán fölötti távoli időjárási rendszerek következményei lehetnek. Öt tényező dolgozik együtt annak meghatározásán, hogy mekkora szélszél hullámok válnak az óceán duzzadtságává:

• Szélsebesség - a szélnek gyorsabban kell mozognia, mint a hullámhullámnak (abba az irányba, amelybe a hullámhullám halad), hogy a levegőből vízbe juthasson az energia; az erősebb tartós szél nagyobb hullámokat kelt
• A folyamatos távolság a nyílt víz, amely fölött a szél fúj jelentős változása nélkül irányba (az úgynevezett fetch )
• A vízfelület szélessége a lekérésben
• Szél időtartama - az az idő, amely alatt a szél átfújta a lekérést
• Vízmélység

Egy hullámot a következő méretek segítségével írnak le:

• Hullámmagasság ( vályútól a gerincig )
• Hullámhossz (a tarajtól a gerincig)
• Hullámperiódus (az egymást követő csúcsok álló helyzetben történő megérkezése közötti időintervallum)
• A hullám terjedési iránya

A hullámhossz az időszak függvénye, és a vízmélység függvénye a hullámhossz közelítőleg felénél kisebb mélységek esetén, ahol a hullám mozgását befolyásolja a fenékkel való súrlódás.

A mélytengeri hullám hatása a vízrészecskék mozgására ( Stokes sodródás ).

Egy teljesen kifejlődött tenger maximális hullámmérete elméletileg lehetséges egy adott erősségű és hozamú szél esetén. Az adott szélnek való további expozíció az energiabevitellel egyenlő energiaveszteséget eredményezne, ami egyensúlyi állapotot eredményezne, a viszkozitásból származó energiaelvonás és a hullámcsúcsok „fehér sapkaként” történő törése miatt.

Egy adott területen a hullámok jellemzően különböző magasságokkal rendelkeznek. Az időjárási jelentésekhez és a szélhullám -statisztikák tudományos elemzéséhez jellemző időtartamonkénti jellemző magasságukat általában jelentős hullámmagassággal fejezik ki . Ez az ábra a hullámok legmagasabb egyharmadának átlagos magasságát jelenti egy adott időszakban (általában valahol a 20 perc és tizenkét óra közötti tartományban), vagy egy adott hullám- vagy viharrendszerben. A szignifikáns hullámmagasság azt az értéket is jelenti, amelyet egy "kiképzett megfigyelő" (pl. A hajó személyzete) a tenger állapotának vizuális megfigyelése alapján becsülne. Tekintettel a hullámmagasság változékonyságára, a legnagyobb egyedi hullámok valószínűleg valamivel kisebbek, mint a szignifikáns hullámmagasság kétszeresei.

Az óceán felszíni hullámának fázisai: 1. Wave Crest, ahol a felszíni réteg víztömegei vízszintesen mozognak a terjedő hullámfront irányába. 2. Zuhanó hullám. 3. Vályú, ahol a felszíni réteg víztömegei vízszintesen mozognak a hullámfront irányával ellentétes irányban. 4. Feltörekvő hullám.

A szélhullámok keletkezésének forrásai

Kereszt tenger a sekélyebb vízben megduzzadnak hullámok közel a Bálnák Lighthouse (Phare des Baleines), Île de Ré

A szélhullámokat a szél generálja. Más típusú zavarok, például szeizmikus események is okozhatnak gravitációs hullámokat, de ezek nem szélhullámok, és általában nem okoznak duzzanatot. A szélhullámok generálását a víz felszínén lévő oldalszélmező zavarai indítják el.

A sík vízfelület ( Beaufort -skála 0) kezdeti feltételei és a víz felszínén fellépő hirtelen oldalszéláramok esetén a felszíni szélhullámok keletkezése két mechanizmussal magyarázható, amelyeket a turbulens szél és a párhuzamos szél normális nyomásingadozásai indítanak el nyírófolyások.

Felszíni hullámok generálása a szél által

A hullámképző mechanizmus

A "szélingadozásokból" : A szélhullámok kialakulását a szél vízre ható normál nyomásának véletlenszerű eloszlása ​​indítja el. Ezzel a mechanizmussal, amelyet OM Phillips javasolt 1957 -ben, a vízfelület kezdetben nyugalomban van, és a hullám keletkezését a viharos széláramok, majd a szél ingadozása, a vízfelületre ható normál nyomás indítja el. Ennek a nyomásingadozásnak köszönhetően normális és érintőleges feszültségek keletkeznek, amelyek hullámviselkedést okoznak a víz felszínén.

Ennek a mechanizmusnak a feltételezései a következők:

• A víz eredetileg nyugalmi állapotban van;
• A víz észrevétlen ;
• A víz irrotatív ;
• A turbulens szél által a víz felszínére gyakorolt ​​normál nyomás véletlenszerűen oszlik meg; és
• A levegő és a víz mozgása közötti összefüggéseket figyelmen kívül hagyják.

A "szélnyíró erőkből" : 1957-ben John W. Miles egy felszíni hullámképző mechanizmust javasolt, amelyet turbulens szélnyíró áramlások indítanak el , az ártatlan Orr-Sommerfeld-egyenlet alapján . Megállapította, hogy a széltől a vízfelszínig terjedő energia hullámsebességként arányos a szél sebességprofiljának görbületével , azon a ponton, ahol az átlagos szélsebesség megegyezik a hullámsebességgel ( , ahol az átlag viharos szélsebesség). Mivel a szélprofil logaritmikus a vízfelszínhez képest, ezért a görbület negatív pontot mutat . Ez az összefüggés azt mutatja, a szél áramlási átadó kinetikus energiát a víz felszínére a felületet, és onnan ered hullám sebessége, . A növekedési sebesség lehet meghatározni a görbület a szél ( ) a kormánykerék magassága ( ) egy adott szélsebesség, . ${\ displaystyle Ua (y)}$${\ displaystyle c}$${\ displaystyle Ua '' (y)}$${\ displaystyle Ua = c}$${\ displaystyle Ua}$${\ displaystyle Ua (y)}$${\ displaystyle Ua '' (y)}$${\ displaystyle Ua = c}$${\ displaystyle c}$${\ displaystyle (d^{2} Ua)/(dz^{2})}$${\ displaystyle Ua (z = z_ {h}) = c}$${\ displaystyle Ua}$

Ennek a mechanizmusnak a feltételezései a következők:

• 2-dimenziós, párhuzamos nyírási áramlás, .${\ displaystyle Ua (y)}$
• Összenyomhatatlan, észrevétlen víz/szél.
• Irritatív víz.
• A felület elmozdulásának kis lejtése.

Általában ezek a hullámképző mechanizmusok együtt fordulnak elő az óceán felszínén, ami szélhullámokat eredményez, amelyek végül teljesen kifejlődött hullámokká nőnek. Ha egy nagyon lapos tengerfelszínt feltételezünk (Beaufort -szám, 0), és hirtelen széláramlás folyik rajta állandóan, akkor a fizikai hullámképzési folyamat a következő:

1. A turbulens széláramok véletlenszerű nyomásingadozásokat okoznak a tenger felszínén. Néhány centiméteres hullámhosszúságú kis hullámokat a nyomásingadozások generálnak (Phillips -mechanizmus).
2. Az oldalszél folyamatosan hat a kezdetben ingadozó tengerfelszínre. Ezután a hullámok nagyobbakká válnak, és miközben ezt teszik, a nyomáskülönbségek növekednek, és az ebből eredő nyírási instabilitás exponenciálisan gyorsítja a hullám növekedését (Miles mechanizmus).
3. A felszíni hullámok közötti kölcsönhatás hosszabb hullámokat generál (Hasselmann et al., 1973), és ez a kölcsönhatás energiát továbbít a Miles -mechanizmus által generált rövidebb hullámokból azokba, amelyek frekvenciája valamivel alacsonyabb, mint a csúcshullám -nagyságoknál. Végül a hullámsebesség nagyobb lesz, mint az oldalszél (Pierson & Moskowitz).

• (Megjegyzés: A hullámsebességek nagy része, amelyet a hullámhossz osztva a periódussal, arányos a hosszúság négyzetgyökével. Így a legrövidebb hullámhossz kivételével a hullámok a következő részben leírt mélyvíz elméletet követik. A 8,5 m a hosszú hullámnak vagy sekély vízben, vagy mély és sekély között kell lennie.)

Fejlődés

A rövidebb szélhullámokból hosszú hullámú hullámok fejlődnek, és energiát vesznek fel. A folyamatot először Klaus Hasselmann (2021-es Nobel-díjas) írta le, miután megvizsgálta azokat a nemlineáris hatásokat, amelyek a legmagasabb hullámok csúcsai közelében a legnyilvánvalóbbak. Megmutatta, hogy ezeken a nem-linearitásokon keresztül két hullámvonat mély vízben kölcsönhatásba lépve két új hullámcsoportot hozhat létre, az egyik általában hosszabb, a másik pedig rövidebb hullámhosszú.

A Hasselmann által ennek a folyamatnak a leírására kifejlesztett egyenletet mostantól használják a tengerállapot -modellekben (például a Wavewatch III -ban), amelyeket minden fontosabb időjárási és éghajlati előrejelző központ használ. Ennek oka az, hogy mind a széltenger, mind a hullámzás jelentős hatással van a hő átvitelére az óceánról a légkörbe. Ez egyaránt érinti a nagyméretű éghajlati rendszereket, mint például az El Niño , és a kisebb méretű rendszereket, például a Golf -áramlat szélei közelében kialakuló légköri mélyedéseket .

A Hasselmann-folyamat jó fizikai leírását nehéz megmagyarázni, de a nemlineáris hatások a legnagyobbak a legmagasabb hullámok csúcsai közelében, és a rövid hullámok, amelyek gyakran ugyanabban a helyzetben törnek meg, analógiaként használhatók. Ez azért van, mert minden kis töréshullám kis lökést ad a hosszabb hullámnak, amelyen törik. A hosszú hullám szempontjából kis lökést kap mindegyik gerincén, mint a hinta, amikor a megfelelő időben egy kis lökést kap. Ezenkívül nincs hasonló hatás a hullám mélypontján - ez a kifejezés csökkenti a hosszú hullám méretét.

Fizikus szemszögéből nézve ez a hatás különös érdeklődésre tarthat számot, mert megmutatja, hogy a véletlenszerű hullámmezőként kezdődő miként képes hosszú hullámú hullámok sorrendjét generálni az energiaveszteségek és a mindenkit érintő fokozott zavar árán a kis törő hullámok. A homokos szemcseméret válogatása, amelyet gyakran látnak a tengerparton, hasonló folyamat (mint a sok élet ).

Disszipáció

A duzzadási energia eloszlása ​​sokkal erősebb a rövid hullámoknál, ezért a távoli viharokból származó duzzanatok csak hosszú hullámok. A 13 másodpercnél hosszabb periódusú hullámok eloszlása ​​nagyon gyenge, de még mindig jelentős a Csendes -óceán léptékében. Ezek a hosszú hullámzások elvesztik energiájuk felét olyan távolságon, amely több mint 20 000 km (a Föld körüli távolság fele) és alig több mint 2000 km között változik. Ez a variáció a dagadás meredekségének szisztematikus függvénye volt: a duzzadási magasság és a hullámhossz aránya. Ennek a viselkedésnek az oka még tisztázatlan, de lehetséges, hogy ez a disszipáció a levegő-tenger határfelület súrlódásának köszönhető.

Duzzadási és hullámcsoportok

A duzzanatokat gyakran a viharok okozzák, amelyek több ezer tengeri mérföldnyire vannak a partoktól, ahol törnek, és a leghosszabb hullámok terjedését elsősorban a partvonalak korlátozzák. Például az Indiai-óceánban keletkezett duzzanatokat Kaliforniában rögzítették több mint fél világkörüli utazás után. Ez a távolság lehetővé teszi, hogy a hullámokat tartalmazó hullámokat jobban rendezzék, és a part mentén haladva darabolástól mentesek legyenek . A viharszelek által generált hullámok ugyanolyan sebességűek, és csoportosulnak, és egymással utaznak, míg mások akár másodperc töredékével lassabban mozognak, lemaradnak, végül a megtett távolság miatt sok órával később érkeznek. A t forrásból való terjedés ideje arányos az X távolsággal osztva a T hullámperiódussal . A mélyvízben ott van, ahol g a gravitáció gyorsulása. A 10 000 km -re található vihar esetében a T = 15 s periódusú duzzanatok 10 nappal a vihar után érkeznek, majd további 14 s hullámzások 17 órával később, és így tovább. ${\ displaystyle t = 4 \ pi X/(gT)}$

A szétszórt érkezése megduzzad, kezdve a leghosszabb, és csökkenti a csúcs hullám periódus idővel lehet kiszámítani a távolságot, amelynél megduzzad keletkezett.

Míg a viharban lévő tengerállapot frekvencia -spektruma nagyjából megegyezik az alakjával (azaz egy jól meghatározott csúcs domináns frekvenciákkal a csúcs plusz vagy mínusz 7% -án belül), a duzzadási spektrumok egyre szűkebbek, néha 2 % vagy kevesebb, ahogy a hullámok egyre távolabb oszlanak el. Az eredmény az, hogy a hullámcsoportoknak (amelyeket szörfösök halmaznak neveznek) nagyszámú hullámuk lehet. A viharban csoportonként körülbelül hét hullámról ez nagyon távoli viharok okozta hullámzáskor 20 -ra és többre emelkedik.

Parti hatások

Csakúgy, mint minden vízhullám esetében, az energiaáram arányos a szignifikáns hullámmagassággal a csoportsebesség négyszeresével . Mélyvízben ez a csoportsebesség arányos a hullámperiódussal. Ezért a hosszabb ideig tartó duzzanatok több energiát képesek átadni, mint a rövidebb szélhullámok. Továbbá, az amplitúdó infragravity hullámok drámaian növeli a hullám időszakban (körülbelül a tér az időszak), ami nagyobb felfutási .

Mivel a duzzadó hullámok jellemzően hosszú hullámhosszúak (és így mélyebb hullámbázisúak), a tengelytörési folyamatot (lásd vízhullámok ) a tengeren nagyobb távolságban (mélyebb vízben) kezdik meg, mint a helyben keletkező hullámok.

Mivel a duzzadás által generált hullámok normál tengeri hullámokkal keverednek, szabad szemmel (különösen a parttól távol) nehezen észlelhetők, ha nem nagyobbak, mint a normál hullámok. A jelek elemzése szempontjából a hullámzásokat meglehetősen szabályos (bár nem folyamatos) hullámjelnek lehet tekinteni, amely erős zaj (azaz normál hullámok és vágás ) közepette létezik .

Navigáció

A duzzadásokat a mikronéziai navigátorok használták a pálya fenntartására, amikor más nyomok nem álltak rendelkezésre, például ködös éjszakákon.

Lásd még

• Szörfözés

Hivatkozások

Külső linkek

• "Globális hullámzás/szörf előrejelzések" . Surfline .
• "Ausztrál duzzadási előrejelzések") . Partióra .
• "Egyesült Királyság duzzadási előrejelzése" . Varázsfű .
• "Ausztrál duzzadási előrejelzések" . Seabreeze .
• "Ausztrál duzzadási előrejelzések" . Swellnet .
• "Hullámok alapjai (Hogyan alakulnak ki és mérhetők a duzzanatok)" . Stormsurf .
• "Ausztrál duzzadásmérő készülékek" . Waverider bóják . 2006-12-10-én archiválva az eredetiből .