Образуване на морските вълни – Светът на знанието. Има няколко фактора, които влияят върху размера на вълната на определено място за сърф. Сред тях: Защо се появяват вълни в морето?

Отдавна сме свикнали с много явления, случващи се на нашата планета, без изобщо да се замисляме за естеството на тяхното възникване и механиката на тяхното действие. Това е и изменението на климата, и смяната на сезоните, и смяната на времето на деня, и образуването на вълни в моретата и океаните.

И днес просто искаме да обърнем внимание на последния въпрос, въпросът защо се образуват вълни в морето.

Защо се появяват вълни в морето?

Има теории, че вълните в моретата и океаните възникват поради промени в налягането. Това обаче често са само предположения на хора, които бързо се опитват да намерят обяснение за подобно природно явление. В действителност нещата са малко по-различни.

Спомнете си какво кара водата да се „тревожи“. Това е физическо въздействие. Хвърляйки нещо във водата, прокарвайки ръката си върху него, рязко удряйки водата, вибрации с различни размери и честоти със сигурност ще започнат да текат през него. Въз основа на това можем да разберем, че вълните са резултат от физическо въздействие върху повърхността на водата.

Защо обаче се появяват в морето? големи вълниидвайки на брега отдалеч? Виновникът е друг природен феномен – вятърът.

Факт е, че поривите на вятъра преминават над водата по допирателна линия, упражнявайки физически ефект върху морската повърхност. Именно този ефект изпомпва водата и я кара да се движи на вълни.

Някой, разбира се, ще зададе друг въпрос защо вълните в морето и океана се движат в колебателни движения. Отговорът на този въпрос обаче е дори по-прост от природата на самите вълни. Факт е, че вятърът има непостоянен физически ефект върху повърхността на водата, тъй като е насочен към нея на пориви с различна сила и мощност. Това се отразява на това, което имат вълните различен размери честотата на вибрациите. Разбира се, силни вълни, истинска буря, възникват, когато вятърът надвишава нормата.

Защо има вълни в морето без вятър?

Много разумен нюанс е въпросът защо има вълни на морето, дори ако има абсолютно спокойствие, ако изобщо няма вятър.

И тук отговорът на въпроса е фактът, че водните вълни са идеален източник на възобновяема енергия. Факт е, че вълните са много способни за дълго времесъхранете потенциала си. Тоест вятърът, който задейства водата, създавайки определен брой трептения (вълни), може да е достатъчен, за да може вълната да продължи да трепти много дълго време. дълго време, а потенциалът на самата вълна не се е изчерпал дори след десетки километри от точката на произхода на вълната.

Това са всички отговори на въпросите защо има вълни на морето.

Вълните се създават от вятъра. Бурите създават ветрове, които удрят повърхността на водата, което води до вълни, точно като вълните в чашата ви кафе след сърфиране, когато духате върху нея. Самият вятър може да се види на картите с прогноза за времето: това са зони ниско налягане. Колкото по-голяма е тяхната концентрация, толкова по-силен ще бъде вятърът. Малките (капилярни) вълни първоначално се движат в посоката, в която духа вятърът. Колкото по-силен и по-дълъг е вятърът, толкова по-голямо е въздействието му върху повърхността на водата. С течение на времето вълните започват да се увеличават по размер. Тъй като вятърът продължава да духа и генерираните от него вълни продължават да се влияят от него, малките вълни започват да растат. Вятърът има по-голям ефект върху тях, отколкото върху спокойна водна повърхност. Размерът на вълната зависи от скоростта на вятъра, който я образува. Вятър, който духа с определена постоянна скорост, ще може да генерира вълна с определен размер. И щом вълната достигне своя максимум възможни размерипредвид вятъра, той става "напълно оформен". Генерираните вълни имат различна скорост и период на вълната. (Вижте раздела относно вълновата терминология за повече подробности.) Вълните с дълъг период се движат по-бързо и изминават по-дълги разстояния от техните по-бавни двойници. Докато се отдалечават от източника на вятъра (разпространение), вълните образуват линии от прибой (набъбвания), които неизбежно се търкалят към брега. Вероятно вече сте запознати с понятието „набор от вълни“! Вълните, които вече не се влияят от вятъра, който ги е генерирал, се наричат ​​подземни кладенци. Точно това преследват сърфистите! Какво влияе на размера на прибоя (подуването)?Има три основни фактора, които влияят на размера на вълните в открито море: Скорост на вятъра – колкото по-висока е, толкова по-голяма ще бъде вълната. Продължителността на вятъра е подобна на предишната. Fetch (fetch, „област на покритие“) - отново, колкото по-голяма е зоната на покритие, толкова по-голяма е вълната. Веднага след като вятърът спре да им влияе, вълните започват да губят енергията си. Те ще се движат, докато издатините на морското дъно или други препятствия по пътя им (голям остров, например) поемат цялата енергия. Има няколко фактора, които влияят върху размера на вълната на определено място за сърф. Между тях:Посоката на вълната (swell) - ще позволи ли вълната да стигне до мястото, от което се нуждаем? Океанско дъно - вълна, движеща се от дълбините на океана към риф, образува големи вълни с варели вътре. Плитък, дълъг перваз, простиращ се към брега, ще забави вълните и те ще загубят енергията си. Приливи и отливи - някои спортове са напълно зависими от него. Научете повече в раздела за това как се появяват най-добрите вълни

GCD по екологично образование за деца на 6-7 години

с елементи на изследователска дейност

Предмет:Откъде идват морските вълни?

Целта на GCD:продължете да запознавате децата със свойствата на въздуха. Дайте на децата концепцията за движение на въздуха. Дайте възможност на децата да решават сами проблемна ситуацияв процеса на изследователска дейност. Развивайте умствена активност и наблюдателност. Продължете да развивате познавателния интерес на децата към природата.

Методи и техники:детско експериментиране, игрова техника, разговор, метод на моделиране, проблемна ситуация.

Материал:вани с вода, бои, четки за всяко дете. Хартиени лодки и ветрила според броя на децата. Дневници за наблюдение, моливи, „пиратска карта“, чанта със „съкровища“ - миди, камъчета и др.

Преместване на GCD:

Момчета, нека играем една много интересна игра:

Аз ще съм художникът, а ти ще си боите. С ваша помощ ще рисувам различни картини.

Реших да нарисувам морето. Всички момчета, с изключение на Саша, застанете един до друг и протегнете ръце напред, вие ще бъдете морето, а Саша ще бъде лодката. Тази моя картина показва много спокойно море, само с леки вълнички, минаващи по повърхността му. По морето плава лодка: (децата стоят спокойно, леко движат пръстите си, детето, преструвайки се на лодка, „плува“ покрай децата). Изведнъж в морето се появиха много малки вълни. Нека се опитаме да нарисуваме тези вълни. (Децата извършват леки вълнообразни движения с дланите на ръцете си, детето - лодка плава по морето, сякаш се люлее на вълните). Сега реших да нарисувам морето по време на буря. Покажете ми какво ще бъде морето по време на буря, какви вълни ще има. Нарисувайте тази картина. (Децата правят енергични вълнообразни движения с ръцете си, а лодката се носи, силно се люлее на вълната).

Е, успяхте да нарисувате истинска морска буря.

Какво мислите, момчета, откъде идват вълните на морето? (Появяват се вълни поради вятъра).

Искате ли да проверите дали наистина е така? (Да).

Тогава нека станем учени с вас за известно време и проведем няколко експеримента, които ще ни помогнат да разберем откъде точно идват вълните в морето. Елате в нашата лаборатория и седнете на бюрата си.

(Децата сядат на маси, на които има оборудване за провеждане на експерименти.)

За да започнем нашите експерименти, имаме нужда от морето. Всеки от вас ще направи своето море. Вземете купи и ги напълнете с вода от бутилките, които са на вашите маси. Всички ли получиха едно и също море? (Да).

И как с помощта на цветовете, които виждате на вашите маси, вие и аз можем да направим вашите морета различни? (Добавете боя към водата).

Какво ще стане с водата тогава? (Ще се оцвети).

Нека се опитаме да направим това. (Децата оцветяват водата различни цветовебои)

Защо водата ти е оцветена? (Предположения на децата. Ако децата се затрудняват да отговорят, припомнете си предишни експерименти с вода и ги накарайте да стигнат до заключението, че водата няма цвят и може да бъде боядисана във всеки цвят).

Какви са вашите морета сега? (Моретата се оказаха с различни цветове).

Сега ти и аз имаме черно, червено, жълто, синьо море.

Вижте дали има вълни във вашето море сега? Или морето е спокойно и ведро? (Няма вълни. Морето е спокойно и ведро).

Сега духайте тихо на вашето море.

Какво стана с морето? (Появиха се вълни).

Защо се появиха вълните? (Защото духахме на водата).

Това е вярно. Вие духнахте в морето и това накара въздуха над водата да се раздвижи и именно този въздух накара водата да се раздвижи и се образуваха вълни.

Е, нека се опитаме като истински учени да проверим по различен начин предположението си, че вълните са се появили от движението на въздуха в морето?

За да направите това, вземете хартиено ветрило и го размахайте в лицето си. Какво чувстваш? (Както духа вятърът).

Усетихте как духа вятърът, тоест как се движи въздухът. Сега размахайте ветрилото си над вашето море. Какво стана с морето? (Вълните се появиха отново.)

Сега знаете ли точно откъде идват вълните? (Да. Направихме вятъра във вентилатор и накарахме въздуха да се движи над морето. Това създаде вълни).

Смятате ли, че този опит потвърждава нашето предположение, че вълните се появяват от движението на въздуха в морето или не? (Отговорите на децата).

Знаете, че всички учени записват своите наблюдения, направени по време на експерименти. Нека скицираме нашите преживявания в нашите дневници. (Направете схематични скици на експеримента).

Момчета, свършихте много сериозна работа. научна работа. Трябва да си починем малко. Хайде да играем. Застанете до столовете си. Повтаряйте думите на играта след мен и изпълнявайте движенията с мен.

Вятърът духа на открито,

Води вълни в синьото море . (ръцете са повдигнати нагоре, огъват се настрани);

Рибата се крие на дъното -

Плаването в буря не е лесно! (клякат и имитират движения на плувец с ръце)

И когато бурята в морето утихне,

Слънцето ще изгрее в небето - (застанете на пръсти, ръцете се простират до „слънцето“)

Ние сме в нашата лодка,

Да плуваме в синьото море! (имитират движенията на плувец с ръцете си).

Вижте, момчета, на вашите маси има малки хартиени лодки. Можете да отидете на всяко пътуване с тях. Къде искате да плавате? (Отговорите на децата)

О, да отплаваме до острова, където пиратите са заровили съкровището на морския крал? (Отговорите на децата)

Тогава спуснете корабите си в морето и да плаваме. (Децата спускат корабите си във водата, всяко в своето „море“).

Но защо нашите кораби стоят неподвижни? Защо не се движат? Какво трябва да се направи, за да изплуват? (Децата правят различни предложения: бутайте с ръка, махайте с вентилатор, така че да се появи вятър).

Нека се опитаме да духнем тихо на кораба. Какво стана? (Корабът отплава).

Защо нашата лодка изплува, какво я накара да се движи? (Надухахме лодката с въздух и въздухът накара лодката да изплува)

вярно Но лодката плава много тихо. Така че ще плаваме твърде дълго до нашия остров на съкровищата. Какво да правя? (Предположения на децата. По време на дискусията наведете децата на предположението, че трябва да духат по-силно в лодката).

Нека се опитаме да духаме по-силно на лодката. Какво стана? (Нашата лодка плаваше по-бързо).

Защо мислите, че лодката започна да плава по-бързо? (Духахме му по-силно).

Това означава, че колкото по-силен е въздушният поток, толкова по-бързо плава нашата лодка.

И така отплавахме до нашия остров. Нека сложим корабите на сушата.

Вижте момчета, имам пиратска карта на острова. На него с кръст е отбелязано мястото, където са заровени съкровищата.

(Децата разглеждат картата и определят мястото в групата, което е отбелязано с кръст на картата. Намират съкровища, скрити преди това от учителя).

Вижте, ето една торба със съкровища. Да видим какво има там. (Отворете чантата и извадете различни миди, морски камъчета, перли, сушени морски звезди и др.)

Харесвате ли съкровищата на морския крал?

Тогава ви предлагам следващия път да отидете на пътешествие по море и да посетите морския цар.

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

Най-високата точка на вълната се нарича Гребенили върха на вълната, а най-ниската точка е подметка. Височинана вълна е разстоянието от гребена до нейната основа и дължинатова е разстоянието между две гребени или подметки. Времето между два върха или падини се нарича Периодвълни.

Основни причини

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 тези 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 произхождат от хиляди километри от брега. Но има много други фактори за възникването на морските вълни: това са приливните сили на Луната, Слънцето, вибрациите атмосферно налягане, изригвания на подводни вулкани, подводни земетресения, движение на морски съдове.

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

1) Вятърсъздадени от вятъра, придобиващи постоянен характер, след като вятърът престане да действа и се наричат ​​установени вълни или вълни; Вятърните вълни се създават поради действието на вятъра (движение на въздушни маси) върху повърхността на водата, тоест инжектиране. Причината за колебателните движения на вълните става лесна за разбиране, ако забележите ефекта на същия вятър върху повърхността на житно поле. Ясно се вижда непостоянството на вятърните потоци, които създават вълни.

2) Вълни на движение, или стоящи вълни, се образуват в резултат на силни тремори на дъното по време на земетресения или възбудени, например, от рязка промяна в атмосферното налягане. Тези вълни се наричат ​​още единични вълни.

За разлика от приливите и теченията, вълните не движат водни маси. Вълните се движат, но водата остава на мястото си. Лодка, която се люлее на вълните, не отплува с вълните. Тя ще може да се движи леко по наклонен склон само благодарение на силата на земното притегляне. Водните частици във вълна се движат по 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 по време на най-силната буря на повърхността.

Видове морски вълни

Вълните могат да изминат огромни разстояния, без да променят формата си и да не губят почти никаква енергия, дълго след като вятърът, който ги е причинил, е утихнал. Разбивайки се в брега, морските вълни освобождават огромна енергия, натрупана по време на пътуването. Силата на непрекъснато разбиващите се вълни променя формата на брега по различни начини. Разстилащите се и търкалящите се вълни мият брега и затова се наричат градивен. Вълните, които се разбиват в брега, постепенно го разрушават и отмиват плажовете, които го защитават. Затова се наричат разрушителен.

Ниски, широки, заоблени вълни встрани от брега се наричат ​​вълни. Вълните карат водните частици да описват кръгове и пръстени. Размерът на пръстените намалява с дълбочина. Когато вълната се приближи до наклонения бряг, водните частици в нея описват все по-сплеснати овали. Приближавайки се до брега, морските вълни вече не могат да затворят овалите си и вълната се разбива. В плитки води водните частици вече не могат да затворят овалите си и вълната се счупва. Носовете се образуват от по-твърда скала и ерозират по-бавно от съседните участъци на брега. Стръмни, високи морски вълни подкопават скалистите скали в основата, създавайки ниши. Скалите понякога се срутват. Терасата, изгладена от вълните, е всичко, което е останало от разрушените от морето скали. 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. Когато вълните се износват в скалата от двете страни, докато се срещнат на счупване, се образуват арки. Когато върхът на арката падне в морето, остават каменни стълбове. Основите им са подкопани и стълбовете се срутват, образувайки камъни. Камъчетата и пясъкът на плажа са резултат от ерозия.

Разрушителните вълни постепенно разяждат брега и отнасят пясък и камъчета от морските плажове. Пренасяйки цялата тежест на водата и отмития материал върху склонове и скали, вълните разрушават повърхността им. Те вкарват вода и въздух във всяка пукнатина, всяка пукнатина, често с експлозивна енергия, като постепенно разделят и отслабват скалите. Натрошените скални късове се използват за по-нататъшно разрушаване. Дори и най-твърдите скали постепенно се разрушават, а земята на брега се променя под въздействието на вълните. Вълните могат да унищожат морския бряг с невероятна скорост. В Линкълншир, Англия, ерозията (унищожаването) напредва със скорост от 2 m годишно. От 1870 г., когато на нос Хатерас е построен най-големият фар в Съединените щати, морето е отмило плажове на 426 м навътре в сушата.

цунами

цунамиТова са вълни с огромна разрушителна сила. Те се причиняват от подводни земетресения или вулканични изригвания и могат да прекосяват 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 забавят и растат до 30-50 метра, преди да се срутят, наводнявайки брега и помитайки всичко по пътя си. 90% от всички регистрирани цунами са възникнали в Тихия океан.

Най-често срещаните причини.

Около 80% от случаите на генериране на цунами са подводни земетресения. При земетресение под вода възниква взаимно вертикално изместване на дъното: част от дъното потъва, а част се издига. На повърхността на водата възникват вертикални осцилаторни движения, които се стремят да се върнат оригинално ниво, - средното морско ниво, - и генерира поредица от вълни. Не всяко подводно земетресение е придружено от цунами. Цунамигенно (т.е. генериране на вълна цунами) обикновено е земетресение с плитък източник. Проблемът с разпознаването на цунамигенността на земетресението все още не е решен и службите за предупреждение се ръководят от магнитуда на земетресението. Най-мощните цунамита се генерират в зоните на субдукция. Освен това е необходимо подводният удар да резонира с вълновите трептения.

Свлачища. Цунами от този тип се случват по-често, отколкото се предполагаше през 20 век (около 7% от всички цунамита). Често земетресението причинява свлачище и 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. На отсрещния бряг на залива се образува вълна, която достигна височина над 524 м. Подобни случаи са доста редки и не се считат за стандартни . Но подводните свлачища се случват много по-често в речните делти, които са не по-малко опасни. Едно земетресение може да причини свлачище и например в Индонезия, където шелфовата седиментация е много голяма, свлачищните цунамита са особено опасни, тъй като се появяват редовно, причинявайки локални вълни с височина над 20 метра.

Вулканични изригванияпредставляват приблизително 5% от всички цунамита. Големите подводни изригвания имат същия ефект като земетресенията. При големи вулканични експлозии не само се генерират вълни от експлозията, но водата също така запълва кухините на изригналия материал или дори калдерата, което води до дълга вълна. Класически пример е цунамито, генерирано след изригването на Кракатау през 1883 г. Огромни цунамита от вулкана Кракатау бяха наблюдавани в пристанища по целия свят и унищожиха общо повече от 5000 кораба и убиха около 36 000 души.

Признаци на цунами.

• Внезапно бързоизтеглянето на вода от брега на значително разстояние и изсушаването на дъното. Колкото повече се отдръпва морето, толкова по-високи могат да бъдат вълните цунами. Хора, които са на брега и не знаят за опасности, може да остане от любопитство или за събиране на риба и черупки. IN в такъв случайнеобходимо е да напуснете брега възможно най-скоро и да се отдалечите възможно най-далеч от него - това правило трябва да се спазва, когато например в Япония, на брега на Индийския океан на Индонезия, Камчатка. В случай на телецунами, вълната обикновено се приближава, без водата да се отдръпва.
• Земетресение. Епицентърът на земетресението обикновено е в океана. На брега земетресението обикновено е много по-слабо, а често изобщо няма земетресение. В районите, предразположени към цунами, има правило, че ако се усети земетресение, е по-добре да се отдалечите от брега и в същото време да се изкачите на хълм, като по този начин се подготвите предварително за пристигането на вълната.
• Необичаен дрифтлед и други плаващи предмети, образуване на пукнатини в бърз лед.
• Огромни обратни грешкипо краищата на неподвижен лед и рифове, образуването на тълпи и течения.

измамни вълни

измамни вълни(Roaming waves, monster waves, freak waves - anomalous waves) - гигантски вълни, които възникват в океана, високи над 30 метра, имат поведение, необичайно за морските вълни.

Само преди 10-15 години учените смятаха историите на моряците за гигантски вълни-убийци, които се появяват от нищото и потапят кораби, като просто морски фолклор. За дълго време блуждаещи вълнисе смятаха за измислица, тъй като не се вписваха в нито един съществуващ по това време математически модел за изчисляване на възникването и тяхното поведение, тъй като вълни с височина над 21 метра не могат да съществуват в океаните на планетата Земя.

Едно от първите описания на чудовищна вълна датира от 1826 г. Височината му е над 25 метра и е забелязан в Атлантически океанблизо до Бискайския залив. Никой не повярва на това съобщение. И през 1840 г. навигаторът Дюмон д'Юрвил рискува да се появи на среща на Френското географско дружество и да заяви, че е видял 35-метрова вълна със собствените си очи. Присъстващите му се смееха. Но имаше истории за огромни призрачни вълни които внезапно се появиха в средата на океана дори и при малка буря и стръмността им приличаше на отвесни водни стени, ставаха все повече и повече.

Исторически доказателства за измамни вълни

И така, през 1933 г. корабът на американския флот Ramapo беше хванат от буря в Тихия океан. В продължение на седем дни корабът беше подхвърлян от вълните. И сутринта на 7 февруари отзад внезапно пропълзя шахта с невероятна височина. Първо корабът беше хвърлен в дълбока бездна, а след това повдигнат почти вертикално върху планина от разпенена вода. Екипажът, който имаше късмета да оцелее, регистрира височина на вълната от 34 метра. Движеше се със скорост 23 м/сек, или 85 км/ч. Досега това се счита за най-високата измамна вълна, измервана някога.

По време на Втората световна война, през 1942 г., лайнерът Queen Mary превозва 16 хиляди американски военни от Ню Йорк до Обединеното кралство (между другото, рекорд за брой хора, транспортирани на един кораб). Изведнъж се появи 28-метрова вълна. "Горната палуба беше на обичайната си височина и внезапно - внезапно! - внезапно падна", спомня си д-р Норвал Картър, който е бил на борда на злополучния кораб. Корабът се е наклонил под ъгъл от 53 градуса - ако ъгълът е бил дори с три градуса повече, смъртта е била неизбежна. Историята на "Куин Мери" е в основата на холивудския филм "Посейдон".

Въпреки това на 1 януари 1995 г. на петролната платформа Dropner в Северно море край бреговете на Норвегия за първи път е регистрирана вълна с височина 25,6 метра, наречена вълна Dropner. Проектът Maximum Wave ни позволи да хвърлим нов поглед върху причините за смъртта на сухотоварни кораби, превозващи контейнери и други важни товари. По-нататъшни изследвания регистрираха в продължение на три седмици по цялото земно кълбо повече от 10 единични гигантски вълни, чиято височина надхвърляше 20 метра. Новият проект се нарича Wave Atlas, който предвижда съставянето на световна карта на наблюдаваните чудовищни ​​вълни и нейната последваща обработка и добавяне.

причини

Има няколко хипотези за причините за екстремните вълни. На много от тях им липсва здрав разум. Повечето прости обяснениясе основават на анализа на проста суперпозиция на вълни с различна дължина. Оценките обаче показват, че вероятността от екстремни вълни в такава схема е твърде малка. Друга забележителна хипотеза предполага възможността за фокусиране на вълновата енергия в определени структури повърхностни течения. Тези структури обаче са твърде специфични, за да може механизъм за фокусиране на енергия да обясни 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.

Интересното е, че такива вълни могат да бъдат както гребени, така и падини, което се потвърждава от очевидци. По-нататъшните изследвания включват ефектите на нелинейността във вятърните вълни, които могат да доведат до образуването на малки групи от вълни (пакети) или отделни вълни (солитони), които могат да пътуват на дълги разстояния, без да променят значително структурата си. Подобни пакети също са наблюдавани многократно в практиката. ХарактеристикиТакива групи от вълни, потвърждаващи тази теория, са, че 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 да се изясни напълно природата на аномалните вълни.

Вълните, които сме свикнали да виждаме на повърхността на морето, се образуват главно под въздействието на вятъра. Вълните обаче могат да възникнат и по други причини, тогава те се наричат;

Приливна, образувана под въздействието на приливните сили на Луната и Слънцето;

Барично налягане, което възниква при резки промени в атмосферното налягане;

Сеизмични (цунами), образувани в резултат на земетресение или вулканично изригване;

Проблеми с кораба, които възникват, когато корабът се движи.

Вятърните вълни преобладават на повърхността на моретата и океаните. Приливните, сеизмичните, напорните и корабните вълни не оказват значително влияние върху навигацията на корабите в открития океан, така че няма да се спираме на тяхното описание. Вятърните вълни са един от основните хидрометеорологични фактори, които определят безопасността и икономическата ефективност на корабоплаването, тъй като вълната, която се стича върху кораба, го удря, разклаща, удря отстрани, наводнява палубите и надстройките и намалява скоростта. Движението създава опасни клъстери, затруднява определянето на позицията на кораба и силно изтощава екипажа. Освен загубата на скорост, вълните карат плавателния съд да се завърта и отклонява от зададения курс, като за поддържането му е необходимо постоянно преместване на руля.

Вятърните вълни са процесът на образуване, развитие и разпространение на предизвикани от вятъра вълни върху морската повърхност. Вятърните вълни имат две основни характеристики. Първата характеристика е неравномерност: разстройство в размерите и формите на вълните. Една вълна не повтаря друга; голяма може да бъде последвана от малка или може би още 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 вълни. Втората особеност на вълните е бързата променливост на елементите им във времето и пространството и също се свързва с вятъра. Големината на вълните обаче зависи не само от скоростта на вятъра, важно значение имат продължителността на неговото действие, площта и конфигурацията на водната повърхност. От практическа гледна точка не е необходимо да се познават елементите на всяка отделна вълна или всяка вълнова вибрация. Следователно изследването на вълните в крайна сметка се свежда до идентифициране на статистически модели, които са числено изразени чрез зависимостите между вълновите елементи и факторите, които ги определят.

3.1.1. Вълнови елементи

Всяка вълна се характеризира с определени елементи,

Общите елементи за вълните са (фиг. 25):

Апекс - най-високата точка на гребена на вълната;

Дъното е най-ниската точка на дъното на вълната;

Височина (h) - превишаване на върха на вълната;

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

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

Наклонът (e) е отношението на височината на дадена вълна към нейната дължина. Стръмност на вълната в различни точкивълновият профил е различен. Средната стръмност на вълната се определя от съотношението:

Ориз. 25. Основни елементи на вълните.

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

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

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

За навигация най-висока стойностимат вълнови елементи като височина, период, дължина, стръмност и обща посока на движение на вълната. Всички те зависят от параметрите на вятърния 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 вида.

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

Вятърните вълни се характеризират с факта, че техният подветрен наклон е по-стръмен от наветрения, така че върховете на гребените обикновено се срутват, образувайки пяна или дори се откъсват от силни ветрове. Когато вълните навлизат в плитка вода и се приближават до брега, посоките на разпространение на вълните и вятъра могат да се различават с повече от 45°.

Набъбване - предизвикани от вятъра вълни, които се разпространяват във вълнообразуващата зона, след като вятърът отслабне и/или промени посоката си, или предизвикани от вятъра вълни, които идват от вълнообразуващата зона в друга област, където вятърът духа с различна скорост и/или различна посока. Специален случай на вълнение, което се разпространява при липса на вятър, се нарича мъртво вълнение.

Смесени - вълни, образувани в резултат на взаимодействието на вятърни вълни и вълни.

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

По мой собствен начин външен видвятърните вълни се характеризират с различни форми.

пулсации - начална формаразвитие на ветрови вълни, възникващи под въздействието на слаби ветрове; Гребените на вълните приличат на люспи, когато се вълнуват.

Триизмерните вълни са набор от вълни, чиято средна дължина на върха е няколко пъти по-голяма от средната дължина на вълната.

Правилните вълни са вълни, при които формата и елементите на всички вълни са еднакви.

Тълпата е хаотично смущение, което възниква в резултат на взаимодействието на вълни, движещи се в различни посоки.

Вълните, разбиващи се в брегове, рифове или скали, се наричат ​​разбивачи. Вълни се разбиват крайбрежна зона, се наричат ​​сърф. Близо до стръмни брегове и близо до пристанищни съоръжения, прибоят има формата на обратна вълна.

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

Въз основа на променливостта на вълновите елементи във времето, те се разделят на постоянни вълни, т.е. вятърни вълни, при които статистическите характеристики на вълните не се променят с времето, и развиващи се или затихващи вълни, които променят своите елементи с течение на времето.

Според формата си вълните се делят на двумерни - набор от вълни, чиято средна дължина на върха е многократно по-голяма от средната дължина на вълната, триизмерни - набор от вълни, чиято средна дължина на върха е няколко пъти по-голяма от дължината на вълната. , и единични, имащи само куполообразен гребен без подметка.

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

Според характера на движението на вълновата форма те могат да бъдат постъпателни, при които има видимо движение на вълновата форма, и стоящи - без движение. В зависимост от това как са разположени вълните се делят на повърхностни и вътрешни. Вътрешните вълни се образуват на една или друга дълбочина на границата между водни слоеве с различна плътност.

3.1.2. Методи за изчисляване на вълнови елементи

Когато се изучават морските вълни, се използват определени теоретични принципи, за да се обяснят някои аспекти на това явление. Общите закони на структурата на вълните и естеството на движението на отделните им частици се разглеждат от трохоидната теория на вълните. Според тази теория отделните водни частици в повърхностните вълни се движат по затворени елипсоидални орбити, извършвайки пълен оборот за време, равно на вълновия период t.

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 вълновият профил се движи транслационно по посока на вятъра. Теорията на трохоидните вълни направи възможно математическото обосноваване на структурата на отделните вълни и свързването на техните елементи един с друг. Бяха получени формули, които позволиха да се изчислят отделните вълнови елементи

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

Трябва да се отбележи, че теорията на трохоидната вълна е валидна само за правилните двумерни вълни, които се наблюдават при вълните на свободния вятър - swell. При триизмерните вятърни вълни орбиталните пътища на частиците не са затворени кръгови орбити, тъй като под въздействието на вятъра се извършва хоризонтален пренос на вода върху морската повърхност в посоката на разпространение на вълната.

Трохоидалната 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 въпроси е необходимо, за да се получат надеждни зависимости за изчисляване на елементите на вятърните вълни.

Следователно развитието на теорията за морските вълни пое по пътя на разработването на теоретични и емпирични връзки между вятъра и вълните, като се вземе предвид разнообразието от реални морски вълни и нестационарния характер на явлението, т.е. развитие и затихване.

IN общ изгледФормулите за изчисляване на елементите на вятърната вълна могат да бъдат изразени като функция на няколко променливи

H, t, L, C=f(W, D t, H),

Където W е скоростта на вятъра; D - ускорение, t - продължителност на действието на вятъра; H - дълбочина на морето.

За плитките морски зони зависимостите могат да се използват за изчисляване на височината и дължината на вълната

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 морски зони елементите на вълните, чиято вероятност за височини е 5%, и средните дължини 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.

Коефициентът А се изчислява по формулата

За открити океански зони вълновите елементи се изчисляват по следните формули:

където e е стръмността на вълната при малки ускорения, D PR е максималното ускорение, km. Максималната височина на бурните 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 спектрално-статистическата теория на вълните са получени графични връзки между вълновите елементи 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 (броене от долния десен ъгъл) на номограмата е дадена градусна решетка, всяко деление на която (хоризонтално) съответства на 1° от меридиана на дадена географска ширина (от 70 до 20° N) за карти на мащаб 1:15 000 000 полярни стереографски проекции. Градусната мрежа е необходима за преобразуване на разстоянието между изобарите n и радиуса на кривината на изобарите R, измерени на карти с различен мащаб, в мащаб 1:15 000000. В този случай ние определяме разстоянието между изобарите n и радиуса на кривина на изобарите R в меридианни градуси на дадена географска ширина. Радиусът на кривината на изобарите R е радиусът на окръжността, с която секцията на изобарата, минаваща през точката, за която се извършва изчислението, или близо до нея, има най-голям контакт. Определя се с помощта на метър, като се избира по такъв начин, че дъга, начертана от намерения център, да съвпада с даден участък от изобарата. След това върху градусна мрежа нанасяме измерените стойности на дадена географска ширина, изразени в градуси на меридиана, и с помощта на компас определяме радиуса на кривината на изобарите и разстоянието между изобарите, съответстващо на скала от 1:15 000 000.

Квадрант II на номограмата показва криви, изразяващи зависимостта на скоростта на вятъра от градиента на налягането и географската ширина на мястото (всяка крива съответства на определена ширина - от 70 до 20° N). За преход от изчисления градиентен вятър към вятъра, духащ близо до морската повърхност (на надморска височина 10 m), беше получена корекция, която отчита стратификацията на повърхностния слой на атмосферата. При изчисление за студената част от годината (стабилна стратификация t w 2°C) коефициентът е 0,6.

Ориз. 26. Номограма за изчисляване на вълнови елементи и скорост на вятъра от карти на полето на повърхностното налягане, където изобарите са начертани на интервали от 5 mbar (a) и 8 mbar (b). 1 - зима, 2 - лято.

В квадрант III се отчита влиянието на 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 прекъснати (летни) линии. Знакът oo означава, че изобарите са прави. Обикновено, когато радиусът на кривината надвишава 15°, не е необходимо кривината да се взема предвид при изчисленията. По абсцисната ос, разделяща ключове III и IV, се определя скоростта на вятъра W за дадена точка.

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

Ако е възможно при определяне на височината на вълната да се използват не само данни за скоростта на вятъра, но и за ускорението и продължителността на вятъра, изчислението се извършва с помощта на ускорението и продължителността 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 вятъра (6 или 12 часа). От получените резултати (по отношение на ускорение и продължителност) се взема по-малката 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 вятъра надвишава 12 часа, се използва зависимостта на височините на вълните 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 изобарата R, минаваща през дадена точка или близо до нея (използвайки компас чрез избор). Радиусът на кривина на изобарите се определя само при циклонна кривина (в циклони и падини) и се изразява в меридианни градуси;

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

В) използвайки намерените стойности на R и n, в зависимост от времето на годината, намираме скоростта на вятъра W;

D) знаейки скоростта на вятъра W и ускорението D или продължителността на вятъра (6 или 12 часа), намираме височината на значителните вълни (h 3H).

Ускорението се намира по следния начин. От всяка точка, за която се изчислява височината на вълната, се изчертава линия на тока в посока срещу вятъра, докато посоката й се промени спрямо първоначалната под ъгъл 45° или достигне брега или ръба на леда. Приблизително това ще бъде ускорението или пътя на вятъра, по който трябва да се образуват вълни, пристигащи в дадена точка.

Продължителността на действието на вятъра се определя като времето, през което посоката на вятъра остава непроменена или се отклонява от оригинала с не повече от ±22,5°.

Според номограмата на фиг. 26а можете да определите височината на вълната от карта на полето на повърхностното налягане, върху която са начертани изобарите през 5 mbar. Ако изобарите са изтеглени 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 с помощта на графиката (фиг. 27), която показва връзката между периодите и височината на вълните на вятъра при различни скорости на вятъра (W). Дължината на вълната се определя от нейния период и морска дълбочина в дадена точка съгласно графиката (фиг. 28).