12.1.3 Ветровое волнение

По происхождению волны подразделяются на ветровые, приливные, анемобарические, волны землетрясения (цунами) и судовые. Наиболее распространенными являются ветровые волны, т. е. вызванные ветром волны, находящиеся под его воздействием.

Ветровое волнение — процесс формирования, развития и распространения вызванных ветром волн на акватории океанов, морей и других бассейнов.

При слабом ветре и достижении им скорости 0,25—1,0 м/с на поверхности воды появляются волны очень малых размеров, называемые рябью. При усилении ветра водная поверхность выходит из равновесия. К равновесию она возвращается под воздействием гравитационной силы, т. е. силы тяжести.

Гравитационные ветровые волны — вызванные ветром волны, в формировании которых основную роль играет сила тяжести.

Различают следующие элементы волнения.

• Волновой профиль./ (рис. 55) — кривая, получаемая в результате сечения взволнованной поверхности моря вертикальной плоскостью в заданном направлении.

Средний волновой уровень волнового профиля 2 — линия, пересекающая волновой профиль так, что суммарные площади выше и ниже этой линии одинаковы.

Гребень волны 3 — часть волны, расположенная выше среднего волнового уровня.

Вершина волны 4 — наивысшая точка гребня волны.

Ложбина волны 6 — часть волны, расположенная ниже среднего волнового уровня.

Подошва волны 5 — наинизшая точка ложбины волны.

Высота волны hB — превышение вершины волны над соседней подошвой на волновом профиле, проведенном в генеральном направлении распространения волн.

Высота гребня волны — превышение вершины волны над средним волновым уровнем на волновом профиле, проведенном в генеральном направлении распространения волн.

Длина волны К — горизонтальное расстояние между вершинами двух смежных гребней на волновом профиле, проведенном в генеральном направлении распространения волн.

Длина гребня — горизонтальное расстояние между подошвами двух смежных ложбин на волновом профиле, проведенном перпендикулярно к генеральному направлению распространения волн.

Период волны т — интервал времени между прохождением двух смежных вершин волн через фиксированную вертикаль.

Направление распространения волны — направление перемещения волны, определяемое за короткий интервал времени — порядка периода волны, или направление луча волны.

Скорость волны v — скорость перемещения гребня волны в направлении распространения волны, определяемая за короткий интервал времени порядка периода волны.

Наветренный склон волны — часть волны от подошвы до вершины, обращенная к ветру.

Подветренный склон волны — часть волны от вершины до подошвы, закрытая от ветра.

Фронт волны — линия на плане взволнованной поверхности, проходящая по вершинам гребня данной волны, которые определяются по множеству волновых профилей, проведенных параллельно генеральному направлению распространения волн.

Луч волны — линия, перпендикулярная фронту волны в данной точке.

Из-за неравномерного воздействия ветра волны имеют разнообразные виды и формы.

Зыбь — вызванные ветром волны, распространяющиеся в области волнообразования после ослабления ветра и изменения его направления, или вызванные ветром волны, пришедшие из области волнообразования в другую область, где дует ветер с другой скоростью и другого направления.

Мертвая зыбь — вызванные ранее ветром волны, распространяющиеся при отсутствии ветра.

Капиллярные ветровые волны — вызванные ветром волны, в формировании которых основную роль играет сила поверхностного натяжения.

Вторичные волны — мелкие волны на поверхности крупных волн.

Регулярное волнение — волнение, в котором форма и элементы всех волн одинаковы.

Нерегулярное волнение —волнение, в котором форма и элементы волн меняются от одной волны к другой.

Двухмерное волнение - совокупность волн, средняя длина гребня которых во много раз больше средней длины волн.

Трехмерное волнение — совокупность волн, средняя длина гребня которых в несколько раз превышает среднюю длину волн.

Считается, что при L/K^.3—4 волны трехмерные (L — средняя длина гребня; X — средняя длина волн).

Развивающееся ветровое волнение — ветровое волнение, в котором высоты волн увеличиваются во времени.

Установившееся ветровое волнение — ветровое волнение, в котором статистические характеристики волн не изменяются во времени.

Затухающее ветровое волнение — ветровое волнение, в котором высоты волн уменьшаются во времени.

По мере перемещения профиля волны поверхность воды опускается. Поэтому под наветренным гребнем частицы воды движутся вниз. Под подошвой волны частицы двигаются навстречу волновому движению, затем они поднимаются под наветренным склоном волны, после чего движение частиц воды повторяется.

Профиль ветровой волны не симметричен. Ее подветренный склон круче, чем наветренный. На вершинах ветровых волн образуются гребни, верхушки которых под действием ветра заваливаются, образуя пену (барашки), а при сильном ветре срываются.

Направление ветра и направление ветровых волн в открытом море, как правило, совпадают или разнятся на 30—40%.

Ветровые волны, на распространение которых оказывает действие глубина водоема, называются волнами мелководья. Эти волны возникают там, где глубины водоема менее половины длины волны.

Радиусы окружностей, по которым движутся частицы воды на глубине, уменьшаются, поэтому волнение с глубиной затухает.