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波浪、波濤是發生在各種水體(海水上的又叫海浪)表面上的表面波,即沿著空氣界面間傳行的一種波動,屬於重力波的一種類型。當吹起時,風所帶來的壓力摩擦力對海洋表面的平衡態產生擾動,一些能量自風轉移到水上。水能夠自風得到能量是因為兩者間的摩擦力,使得表面粒子以橢圓式運動移動著,這種橢圓式運動是縱波(往覆運動)與橫波(上下運動)所合成。波浪的波動有隨機性;因為海面的風速、風向隨時隨地變化,所以波浪通常是雜亂無章的,其波高、波長和周期都為隨機量。

迎岸而來

海面上的波浪在深海處傳播的速度總是比淺海處的傳播速度快,越是近海岸,海水越淺,波浪的速度越慢。若用虛線AB表示海岸附近深水域與淡水域的分界線,那麼在深水域中,海浪在第1、2、3……、11秒走過的距離較大(因為速度快),因此,線條之間的間隔大;在淺水域中,同樣花費1秒鐘時間,海浪經過的距離短,表現為線條之間的間隔小。因此,在分界線處發生了海浪的波長和傳播方向的改變,海浪的傳播方向變得漸漸垂直於海岸線了。由于越靠近海岸的海水越淺,因此,海浪的速度也漸漸慢下來,這就使它的傳播方向越來越垂直于海岸線。當我們站在海岸面向大海時,由於看到的海浪都是以垂直于海岸線的方向一排排襲來,我們就感到海浪是迎你而來的[1]

在遠離海岸的大海深處,海浪的行進方向取決于海風與海流的方向,並不一定朝觀察者迎面而來。

性質

折射

波浪傳播時因水深變化不斷改變方向的現象。主要在近岸淺水,波浪在水深小於其波長一半的水中傳播時,波速隨深度的減小而降低。波峰線、等深線不平行時,同一波峰線上各點的水深不同,位於較深處一端波峰速度大於較淺處一端的速度,波峰線彎轉,有波峰線逐漸和等深線平行的趨勢,與波峰線垂直的波向線也隨之彎轉。

對於頻率單一的規則波動,折射的規律和光折射的規律類似。波浪總是沿着需時最短的路徑傳播。如果把波浪看成是由許多組成波疊加成,問題歸結為求折射後的譜。除地形外,摩擦、水流、風、非線性效應等,都能影響波浪的折射。

繞射

當波浪在傳播過程中遇到防波堤島嶼等障礙物時,可以「繞」過障礙物傳到其掩蔽區。波浪繞射對海港的設計、建築有重要意義,因為港內的泊穩條件同波浪繞射有密切關係。在實際中,常對幾種典型的掩蔽物(單堤、雙堤等)繪製出繞射圖解。方便計算出波浪在掩蔽區內、外部任意點處繞射後的波要素。

反射

波浪在傳播中遇到障礙物,還可產生反向傳播的現象。波浪的反射波和原來的入射波疊加在一起,有時可在障礙物前面形成駐波振幅可達原入射波振幅的兩倍。因此,在決定建築物的高度、強度時,須考慮反射。另外,港內波浪的反射,可增加港內水面的振動,不利於船舶的停靠等[2]

當波浪遇到理想的光滑垂直平面障壁時發生全反射,入、反射波振幅相等,入、反射角相等;但實際障礙物反射時,可能一部分能量以滲透波滲入有孔隙的結構物內,一部分能量因摩擦發生波面破碎等消耗,僅一部分能量以反射波反射回來,反射波波高比入射波小。反射係數決定於障礙物坡度、粗糙度,結構、透水性,入射角等。

視頻

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這才是波浪理論的正確用法,簡單才是最實用的!

參考文獻