航海氣象與海洋學第八章海浪課件

CH8海浪8.1

概述

8.2

群波和駐波8.3

風浪、涌浪和近岸浪8.4有效波高和合成波高12.1&12.2風浪分布概況8.5船舶海洋水文氣象觀測與編報18.1概述一、波浪（Wave）要素2§8.1概述

1、波峰――波面的最高點。2、波谷――波面的最低點。3、波高（H）――相鄰波峰與波谷之間的垂直距離。4、波幅（a）――波高的一半，a=H/2。5、波長（λ）――相鄰兩波峰或相鄰兩波谷之間的水平距離。6、波陡（δ）――波高與波長之比，δ＝H/λ。7、周期（T）――相鄰的兩波峰或兩波谷相繼通過一固定點所需要的時間。8、頻率（f）――周期的倒數(shù)，f＝1/T。9、波速（C）――波峰或波谷在單位時間內(nèi)的水平位移（波形傳播的速度），C＝λ/T。10、波峰線――通過波峰垂直于波浪傳播方向的線。11、波向線――波形傳播的方向線，垂直于波峰線。3§8.1概述二、波浪的分類

1、按周期或頻率分類海浪大部分能量集中在周期4～12s的范圍內(nèi)，屬重力波范圍。最常見的重力波是風浪和涌浪。

2、按成因分類

1）風浪和涌浪

風浪（WindWave）――風的直接作用引起的水面波動（無風不起浪）。涌浪（Swell）――風浪離開風區(qū)傳至遠處，或者風區(qū)里風停息后所遺留下來的波浪（無風三尺浪）。

4§8.1概述2）海嘯（Tsunami，又稱地震波）

――由于海底或海岸附近發(fā)生地震或火山爆發(fā)所形成的海面異常波動。特點：周期長，波長長，波速大，在外海坡度很小，當傳至近岸時，波高劇增。世界上常受海嘯襲擊的國家和地區(qū)有：

日本、菲律賓、印度尼西亞、加勒比海、墨西哥沿岸、地中海。3）風暴潮（StormSurge）

――由強烈的大氣擾動（強臺風、強鋒面氣旋、寒潮大風等）引起的海面異常上升現(xiàn)象。主要原因：海面氣壓分布不均勻――氣壓每下降1hPa，海面約升高1cm；

大風――風暴向岸邊移動時，受強風牽引海水涌向岸邊，海面升高，升高幅度與風速的平方成正比。

我國風暴潮多發(fā)區(qū)：

萊州灣、渤海灣、長江口至閩江口、汕頭至珠江口、雷州灣和海南島東北角，其中萊州灣、汕頭至珠江口是嚴重多發(fā)區(qū)。

5§8.1概述風暴潮6§8.1概述8.3風浪、涌浪和近岸浪

一、風浪（WindWave）

1、特征

――周期短、波峰尖、波長短、波峰線短，波面不規(guī)則，易破碎。

方向（指來向）與風向較為一致。

2、影響風浪成長的三要素

1）幾個概念

①風區(qū)――風速、風向近似一致的風作用的海域范圍。沿風吹的方向，從風區(qū)上沿至下沿的距離，稱為風區(qū)長度或風程。②風時――近似一致的風速和風向連續(xù)作用于風區(qū)的時間。

7§8.3風浪、涌浪和近岸浪8§8.3風浪、涌浪和近岸浪③充分成長狀態(tài)――風區(qū)、風時無限時，風浪成長到一定程度后停止發(fā)展（并變得不穩(wěn)定，破碎），這種狀態(tài)即為充分成長狀態(tài)。風區(qū)、風時無限的情況下，風速越大，處于充分成長狀態(tài)的風浪波高越大，因此，充分成長的風浪波高取決于風速。對于給定的風速，風浪要達到充分成長狀態(tài)，風時需不低于某一值，風區(qū)長度也不低于某一值，這就是對應(yīng)于該風速的最小風時和最小風區(qū)。

9§8.3風浪、涌浪和近岸浪3、淺水中風浪的成長

風速、風時、風區(qū)相同時，淺水區(qū)的風浪尺寸比深水區(qū)的小得多。

二、涌浪（Swell）1、特征

――波形規(guī)則，波峰圓滑，波長長，波峰線長，周期長，移速快。

方向（來向）與海面實際風向無關(guān)，兩者間可成任意角度。

2、傳播特性

――波長大的衰減慢，波長小的衰減快，隨著傳播距離的增加，波高逐漸降低，周期不斷增大，波長增加。

10§8.3風浪、涌浪和近岸浪三、近岸浪

1、波向的改變

――折射，使波峰線逐漸趨于與等深線平行，即波峰平行于海岸線。

――繞射，波浪繞過障礙物進入被障礙物遮蔽的水域。

――反射。

2、波高變化

――波浪進入開敞海岸淺水區(qū)時，波高增大，波長變短，

波陡增加，易翻卷破碎。――波浪繞射進入海灣時，波高降低。――岬角地形處的波高比凹陷處的高。

11§8.3風浪、涌浪和近岸浪折射折射繞射12§8.3風浪、涌浪和近岸浪1314§8.3風浪、涌浪和近岸浪崩波激波卷波15§8.3風浪、涌浪和近岸浪破波16§8.3風浪、涌浪和近岸浪1718四、其它因素對波高的影響

1、波流效應(yīng)

流速2～3kn，風速10～15m/s時，波浪去向與海流方向相反或接近相反時：波高增加最大，增幅達20％～30％。波浪去向與海流運動方向相同時：波高降低，波長增加。

2、水、氣溫差

Tw－Ta＝1℃，波高增加5％；Tw－Ta＝2℃，波高增加10％；Tw－Ta＝10℃，波高增加50％；

19§8.3風浪、涌浪和近岸浪8.4有效波高和合成波高

一、幾種常用的統(tǒng)計波高

1、平均波高

――連續(xù)觀測幾個波，取所有波高的平均值。

平均H＝∑Hi/n

2、有效波高

部分大波的平均波高――將連續(xù)觀測到的波高按大小排列起來，并就其中最高的一部分波高計算平均值。

例如：如果共觀測1000個波，將這些波高按從大到小的順序排列起來，取其中波高最大的100列波高計算平均波高，得到1/100大波平均波高，記為H1/100。同理，有H1/1000、H1/10、H1/3。其中，H1/3稱為有效波高，波浪預(yù)報圖上的波高即為有效波高。

20§8.4有效波高和合成波高3、合成波高

――風浪波高與涌浪波高的合成，HE＝（Hw2+Hs2）1/2

公式中：Hw――平均顯著風浪波高；

Hs――平均顯著涌浪波高。波浪分析圖上的波高為合成波高。

二、有效波高與其它統(tǒng)計波高的關(guān)系

設(shè)有效波高H1/3＝1m，則平均H＝0.63mH1/10＝1.27mH1/100＝1.61mH1/1000＝1.94m21§8.4有效波高和合成波高12.1世界大洋上的狂風惡浪海域（P102）冬季，北太平洋和北大西洋中高緯（30-60

N）中高緯海域位于盛行西風帶內(nèi)，且與極鋒平均位置重合，其上多鋒面氣旋活動，風大浪急。中高緯海域西部是強大冷暖海流交匯處，加劇鋒面和氣旋的形成及強烈發(fā)展。兩大洋中高緯駐留永久性低壓中心（阿留申和冰島低壓），使周圍海域風力強勁。比斯開灣（北大西洋）:處于西風帶中，海灣地形水深，波流效應(yīng)。夏季，北印度洋：西南季風南半球整個咆哮西風帶好望角（南半球咆哮西風帶）：西風帶，岬角效應(yīng)。22§12.1世界大洋上的狂風惡浪海域12.2中國近海風與浪的分布概況（P102）風的分布冬季風：渤海、黃海吹西北或北風，東海南部、南海北部和中部為東北風，南海南部為偏北風。夏季風：20°N以南為西南風，20°N以北為東南風。浪的分布冬季以偏北向浪為主，夏季以偏南向浪為主。各海區(qū)平均波高0.5～3.0m之間。大浪位置與高頻中心與大風區(qū)基本吻合。盛行風頻率：東海最高，南海次之，黃、渤海最低。8級大風日數(shù)：東海沿岸最多，黃、渤海沿岸次之，南海沿岸最少。23§12.2中國近海風與浪的分布概況8.5船舶海洋水文氣象觀測與編報一、概述

1、觀測項目

氣象項目：海面有效能見度、云、天氣現(xiàn)象、風、氣壓、空氣溫度和濕度等。水文項目：海浪、表層海水溫度、表層海水鹽度、海發(fā)光和鉛直海水溫度等。

2、觀測時次

常規(guī)觀測：主要項目每天在世界時00、06、12、18時觀測，測表層海水鹽度的水樣每天06時采集一次，鉛直海水溫度每天00、12世界時觀測，海發(fā)光在每天天黑后進行。加密觀測：出現(xiàn)惡劣天氣時，氣壓、風、海浪等項目每小時測一次。

3、觀測程序

每次觀測在正點前30min開始至正點結(jié)速，氣象項目觀測在正點前15min內(nèi)進行，氣壓應(yīng)在接近正點時觀測。

24§8.5船舶海洋水文氣象觀測與編報二、海面有效能見度的觀測

1、海面能見度（Visibility）的概念

――在海上，正常目力所能見到的最大水平距離，單位km或nmile。

2、影響海面能見度的因子

――霧是影響海面能見度最主要的因子。

――沙塵暴、煙、雨、雪、低云等。3、能見度等級術(shù)語

――能見度低劣（BAD）（0～2級）――能見度不良（POOR）（3～4級）――能見度中等（MODERATE）（5～6級）――能見度良好（GOOD）（7級）――能見度很好（VERYGOOD）（8級）――能見度極好（EXCELLENT）（9級）

25§8.5船舶海洋水文氣象觀測與編報三、云的觀測

1、注意事項：應(yīng)盡量選擇在能看見全部天空和水天線的位置上進行觀測；如陽光較強，需戴黑色眼鏡；夜間觀測應(yīng)避開較強燈光進行。

2、特殊情況的記錄：

霧――全天無法辯明，總云量、低云量記10，低云欄記“三”；部分天空可辨，總云量、低云量記10，低云欄記“”加可見云狀。

4、海面能見度觀測的注意事項

1）觀測方法：根據(jù)水天線的清晰程度。

2）注意事項：夜間觀測時，應(yīng)先在黑暗處停留至少5分鐘，待眼睛適應(yīng)后進行觀測。

應(yīng)選擇在船上較高、視野開闊的地方（夜間應(yīng)站在不受燈光影響處）。

3）數(shù)據(jù)記錄：取一位小數(shù)，不足0.1記為0.0，單位km。夜間無法觀測時，記為“－”。

26§8.5船舶海洋水文氣象觀測與編報霾――全天無法辯明，總云量、低云量記－，低云欄記“∞”；部分天空可辨，總云量、低云量記－，低云欄記“∞”加可見云狀。

夜間無月光時，若不能判斷云狀，估計天空被遮蔽而看不到星光的那部分作為總云量，云狀、低云量欄記“－”。四、天氣現(xiàn)象的觀測

1、觀測方法：現(xiàn)在天氣現(xiàn)象是在定時觀測時所觀測到的天氣現(xiàn)象，過去天氣現(xiàn)象是在定時觀測之間六小時內(nèi)所觀測到的天氣現(xiàn)象。2、天氣現(xiàn)象的符號：

霾――“∞”；輕霧――“＝”；雷暴――“”；龍卷――“][”；霧――“三”；毛毛雨――“，”；雨――“”；雪――“*”；雨夾雪――“”；陣雨――“”；陣雪――“*”；陣性雨夾雪――“”；冰雹――“”；雷雨――“”

27§8.5船舶海洋水文氣象觀測與編報五、風的觀測

1、觀測儀器：手持測風儀；綜合數(shù)字氣象儀。2、注意事項：應(yīng)選擇在船上四周無障礙、不擋風處，風向傳感器的0°應(yīng)與船頭一致。3、數(shù)據(jù)記錄：風向以度（°）為單位，取整數(shù)，風速（10分鐘平均）以米/秒（m/s）為單位，記到一位小數(shù)。4、真風的求算：矢量三角形法。例題：航速16節(jié)，航向西北，視風東北風，8m/s，求真風。

28§8.5船舶海洋水文氣象觀測與編報E，90°N，0°W，270°S，180°4m/s視風視風真風去向真風來向船風船風45°315°結(jié)論：真風90°，真風速11.2m/s。29§8.5船舶海洋水文氣象觀測與編報六、氣壓的觀測

1、觀測儀器：空盒氣壓表。

2、注意事項：氣壓表應(yīng)水平安置并固定在溫度少變、沒有熱源、不直接通風處，應(yīng)有減振裝置并避免太陽光的直接照射。

3、數(shù)據(jù)記錄：以百帕（hPa）為單位，準確度－1hPa～＋1hPa。

4、數(shù)據(jù)訂正：刻度訂正、溫度訂正、補充訂正、高度訂正。

30§8.5船舶海洋水文氣象觀測與編報七、空氣溫度和濕度的觀測

1、觀測儀器：干濕球水銀溫度表、綜合數(shù)字氣象儀。

2、注意事項：干、濕球溫度傳感器應(yīng)安裝在百葉箱中，百葉箱應(yīng)水平固定在空氣流通、遠離熱源的駕駛臺頂上，距甲板1.5米處，

箱門方向不得與船頭相同。

3、數(shù)據(jù)記錄：準確度為－0.2℃～＋0.2℃，當相對濕度≤50％，準確度－5％～＋5％；當相對濕度>50％，準確度－2％～＋2％。4、測濕原理：t干－t濕>0℃，空氣未飽和；t干－t濕＝0℃，空氣飽和。

31§8.5船舶海洋水文氣象觀測與編報八、表層海水溫度的觀測

1、觀測儀器：表層海水溫度計。

2、觀測方法：先將帆布桶放入水中感溫1分鐘后采水提上，把水溫表放入桶中攪動感溫2分鐘后讀數(shù)。

3、注意事項：表層海水溫度是指海水表面到0.5米深處之間的海水溫度，采水點應(yīng)避開船舶排水孔處；讀數(shù)時，水溫表注水杯不能離開采水桶水面，盡量不將水溫表提出帆布桶。

4、數(shù)據(jù)記錄：以攝氏度（℃）為單位，準確度－0.5～＋0.5℃。

九、海浪的觀測

1、觀測項目：風浪高、涌浪向和涌浪波高。

2、觀測方法：風浪、涌浪分別觀測，各挑選較遠處3～5個顯著大波，求這些波高的平均值，分別作為風浪、涌浪的波高值。觀測涌浪向時，用羅經(jīng)上的方位儀。

3、注意事項：觀測點應(yīng)選擇在視野開闊處，當船體發(fā)生傾斜時，波高要進行傾角訂正。

32§8.5船舶海洋水文氣象觀測與編報十二、報告電碼

BBXX――船舶輔助觀測報告指示組；DDDD――船舶呼號；YYGGiw――日期時間組，iw――測風方法指示碼，目測風編0，儀器測風編1；99――船位指示碼，LaLaLa――緯度，編報單位0.1°；Qc――船舶所在地球象限，LoLoLoLo――經(jīng)度，編報單位0.1°；4――固定碼，ix――現(xiàn)在和過去天氣組是否編報指示碼，h――最低云底高度，VV――海面有效能見度；N――總云量，dd――真風向，ff――真風速；1――氣溫組指示碼，Sn――氣溫正、負號，TTT――氣溫，編報單位0.1℃；4――海平面氣壓組指示碼，PPPP――海平面氣壓，編報單位0.1hPa；7――本組指示碼（天氣），WW――現(xiàn)在天氣，W1W2－－過去天氣；8――本組指示碼（云量），Nh――低云量，CL――低云狀，CM――中云狀，CH――高云狀；33§8.5船舶海洋水文氣象觀測與編報222――指示碼，Ds――觀測前3h內(nèi)主導航向，Vs――觀測前3h內(nèi)的平均船速；0――水溫組指示碼，Sn――水溫正負號，TwTwTw――水溫，編報單位0.1℃；2――風浪波高指示碼，HwHw――風浪波高，編報單位0.5m，3――涌浪波向指示碼，dwldwl――涌浪波向，4――涌浪波高指示碼，HwlHwl――涌浪波高，//――固定碼。

34§8.5船舶海洋水文氣象觀測與編報1、描述波浪特征的要素有哪些？風浪、涌浪按周期分應(yīng)屬何種波？2、什么是海嘯、內(nèi)波、潮汐波、風暴潮？它們各有什么特征？哪些地區(qū)易爆發(fā)海嘯、風暴潮？3、淺水波和深水波的波速分別與哪些因素有關(guān)？4、海浪的傳播是否