波浪是怎么形成的,如何区分波浪、涌流、潮流等?

在航海的时候,我们经常可以听到船长在说,波浪,涌浪,潮汐,洋流这些名词,可是对于初学者来说,从船上看向海洋,他们不都是海水吗?其实他们之间的差距非常之大。

波浪将风中的能量转移到海洋之中,涌浪在整个海洋盆地传递能量,汹涌的洋流使海水在全球不断循环,潮汐在全世界每天都准时的上涨下落。这些不同的运动都是怎么形成的呢?

海洋运动是由物理和化学的基本原理制造的。摩擦力、阻力和密度在形成波浪的起伏、涌浪的能量、洋流的循环和潮汐的涨落都发挥了作用。海洋运动受到地球上我们习以为常的事件的影响,比如冷热交替和风吹云散。我们还需要从更宏观的角度去观察,比如日升月落四季更迭。虽然看起来我们生活在一个稳定的、静止的星球上,但事实上地球赤道处在以465米/秒的速度自转,并且以每秒29.79公里的速度绕太阳公转。北京的地理纬度是北纬39°54',线速度为356.7米/秒。也就是说,北京的居民即使原地不动,其实他们随地球运动的速度比声音的传播速度还快。公转和自转对海洋运动的方式产生了非常大的影响。

波浪是在一系列波峰和波谷中形成。波峰是波浪的最高高度,波谷是波浪的最低高度。波由其波长(或两个连续波峰或波谷之间的距离)、波周期(或波传播波长所需的时间)和波频率(在给定时间内经过固定位置的波峰数)来描述。当波浪翻滚时,它穿越水面,但水几乎不前进,而是做圆周运动。



                               
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波浪的解剖结构

海洋表面的波浪通常是由风吹动形成的。当风吹过时,它通过摩擦传递能量到海洋。风的速度越快,持续的时间越长,甚至不间断地吹到千里之外,它制造的波浪就会越巨大。因此,波浪的大小取决于风速、风持续时间和风吹过的区域。这种可变性制造了各种形状和大小的波浪。最小的波浪类别是涟漪,最高不到一英尺(0.3米)高。最大的波浪 出现在以巨浪而闻名的地方包括夏威夷的威美亚湾,毛伊岛的Jaws,加利福尼亚州的Mavericks,爱尔兰的Mullaghmore海角和塔希提岛的Teahupoo。这些巨浪出现地点吸引了冲浪者,尽管有时候海浪变得太大而无法冲浪。历史上最大的波浪是由飓风等风暴产生的。2004年,飓风伊万产生的海浪平均高约60英尺(18米),最大的海浪高近100英尺(30.5米)。2019年,飓风多里安还在北大西洋产生了一个超过100英尺高的巨浪。

巨浪不仅仅发生在陆地附近。在风暴来袭期间可能形成的"疯狗浪“,有报道出现过112英尺(34米)和70英尺(21米)疯狗浪,而且它们不可预测。对水手来说,它们看起来像一堵巨型水墙。没有人确切知道是什么原因导致疯狗浪出现,但一些科学家认为,当不同的海洋膨胀相互加强时,它们往往会形成。记录的许多最大型的疯狗浪都在北大西洋的北海。其中一个是在2013年由浮标记录的,测量值为62.3英尺(19米),另一个绰号为Draupner波是一堵84英尺(25.6米)高的巨大水墙,在1995年除夕夜袭击了一个天然气平台。

当波浪撞击到海岸时,它们可以移动整个沙丘岛屿和雕刻出岩石海岸线,这对海岸线景观产生重大影响。风暴波浪甚至可以将汽车大小的巨石移动到潮水的天文高潮线以上,在内陆留下遍布数百平方英尺的巨大礁石。当代研究中,科学家们将这些巨石诡异的位置归因于过去的海啸破坏力,然而2018年的一项研究通过仔细记录巨石在没有发生海啸的一段时间内沿着爱尔兰一片岩石海岸线的运动轨迹却彻底颠覆这一观点。除了超过1000块中型巨石(其中许多重量超过100吨)外,科学家们还记录了一块620吨重的巨石的运动(与90头全尺寸非洲大象),表明风暴波在短短一个冬天就将其移动了8英尺(2.5米)。

除了风吹动海水表面形成的波浪,还有另一种波浪是由海啸形成的。经典的海啸波是由海底地震引发的,板块的物理变化迫使水上升到平均海平面以上几米。然后,地震的能量被转移到海洋表面的海水中。从单个构造板块滑移开始,波浪从地震中心向各个方向扩散,能量就被送达远离地震的海域。



                               
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海啸是由海底扰动(例如地震)产生的一组波,它到达了海面。

当海啸到达海岸时,它开始从与海底地板的接触中急剧减速。当波浪的前导部分开始减速时,剩余的波浪在它后面堆积,导致波浪的高度不断增加。虽然海啸波在深海中推进时只有几英尺到几米高,但是当它们被迫在岸边减速堆积时,它们的速度和长波长导致它们的达到骇人听闻的高度。

海啸波能够轻易摧毁海边住宅,海浪高度有时超过66英尺(20米)。自1850年以来,海啸已造成超过42万人死亡,2004年印度尼西亚大地震造成23万多人死亡,2011年海啸对日本福岛核反应堆造成严重破坏。虽然海底地震发生时无法提前预测海啸,但海事广播会播报海啸预警,现代科技下任何波浪都可以由全球浮标网络跟踪,这种预警系统至关重要,因为海啸可以以每小时400英里(644公里/小时)的速度传播。最高的海啸波达到约1720英尺(524米),这是大地震和岩石滑坡的产物。当海啸波冲击海岸时,据说它摧毁了一切事物。

还有其他破坏性较小的气象海啸波,由剧烈变化的天气引起。这些气象海啸具有与上述经典地震驱动的海啸相似的特征,但它们通常要小得多,并且集中较小的海洋区域甚至五大湖的区域。气象海啸通常由快速移动的风暴引起,并且在超过6英尺(2米)高的几种情况下已经测量到。2019年的一项研究发现,较小的气象海啸波每年袭击美国东海岸超过二十次!


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史有明
活跃在2022-3-29
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