第六講海洋中的波動現(xiàn)象46、寓形宇內(nèi)復(fù)幾時，曷不委心任去留。47、采菊東籬下，悠然見南山。48、嘯傲東軒下，聊復(fù)得此生。49、勤學(xué)如春起之苗，不見其增，日有所長。50、環(huán)堵蕭然，不蔽風(fēng)日；短褐穿結(jié)，簞瓢屢空，晏如也。第六講海洋中的波動現(xiàn)象第六講海洋中的波動現(xiàn)象46、寓形宇內(nèi)復(fù)幾時，曷不委心任去留。47、采菊東籬下，悠然見南山。48、嘯傲東軒下，聊復(fù)得此生。49、勤學(xué)如春起之苗，不見其增，日有所長。50、環(huán)堵蕭然，不蔽風(fēng)日；短褐穿結(jié)，簞瓢屢空，晏如也。第六講海洋中的波動現(xiàn)象丁海的特點(diǎn)：基本特點(diǎn)：在外力作用下，水質(zhì)點(diǎn)離開起平衡位置做周期性或準(zhǔn)周期性的運(yùn)動主要特征：運(yùn)動隨時間與空間進(jìn)行周期性的變化實(shí)際波動很復(fù)雜實(shí)際研究中，通常近似為簡單波動或簡單波動的疊加1.2分類：1.2.1深水波：h/λ≥0.5，又稱短波水質(zhì)點(diǎn)只繞自己的平衡位置作圓周運(yùn)動運(yùn)動速度和軌跡半徑隨深度增大呈指數(shù)減少，直到消失波速與波長有關(guān)，與水深無關(guān)1.2.2淺水波：h/λ＜0.05，又稱長波水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡為橢圓深度增加，長軸幾乎不變，短軸迅速減少，近海底幾乎僅為水平方向上的往復(fù)運(yùn)動波速與波長無關(guān)，與水深有關(guān)1.2.3h/λ=[0.05，0.5），要考慮淺水訂正項(xiàng)1.3正弦波的疊加駐波：兩列振幅、周期、波長相等，傳播方向相反的正弦波疊加，波形不往外傳播。多發(fā)生在陡峭的海岸、碼頭附近和港灣內(nèi)，由于波動的反射造成的。波群：兩列振幅相等、周期和波長相近，傳播方向相同的正弦波疊加。2有限振幅波動2.1概念：相對于小振幅波而言，具有較大振幅，與實(shí)際海浪的形狀更接近2.2斯托克斯理論：（1）波剖面對于橫軸上下不是對稱的，水質(zhì)點(diǎn)的振動中心高于平均水面（2）波速與波長、波高有關(guān)，波陡越大，波速越大（3）水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡接近為圓，但是一個周期內(nèi)不封閉，有位移。（4）動能大于勢能；鉛直方向上動能大于水平方向上動能（5）當(dāng)振幅/波長超過一定限度時，波面將破碎3海洋內(nèi)波3.1概念：發(fā)生在海洋內(nèi)部的波動現(xiàn)象3.2存在意義：（1）將大、中尺度運(yùn)動過程的能量傳遞給小尺度的過程（2）引起海水內(nèi)部混合（3）能將深層較冷的海水連同其中的營養(yǎng)鹽輸送到海洋上層，有利于生物生長（4）引起等密面的波動，影響海洋中聲速的大小和傳播方向，影響聲納的效能，影響潛艇的隱蔽及對其監(jiān)測（5）影響水下潛艇的航行和停留時的顛簸“魔鬼海岸”探秘：驚人的破壞力源自那里？

挪威的“魔鬼海岸”才是世界上獨(dú)具魅力的景觀。其魅力在于峽灣里瀲滟的波光下暗藏著無盡玄機(jī)、佛羅埃島和羅弗敦島之間驚天動地的大旋渦以及至今還在流傳著的北歐海盜洗劫整個歐洲的故事。挪威海岸多峽灣、多曲折、多峭壁，風(fēng)光獨(dú)特旖旎。但就在這迷人的波光下面暗藏著無盡的玄機(jī)。

1893年6月，挪威探險家南森率領(lǐng)“福雷姆”號大帆船去北極探險。離開奧斯陸的航程開始時一帆風(fēng)順。幾天后進(jìn)入巴倫支海時，大帆船卻突然走不動了。此時，大西洋的季風(fēng)依然徐徐地吹著，海面波光漣漣，帆船卻像被“黏”在海水里，一動也不動。

“魔鬼!海怪!”一個老水手凄厲地驚叫起來。一些有經(jīng)驗(yàn)的水手判定他們肯定是遇到了“魔鬼的死水”。大家想起了種種古老的傳說，不祥和恐怖迅速籠罩了全船。只有南森沒有絲毫的慌亂，跑前跑后緊張地測量著風(fēng)速、水溫、鹽度等水文參數(shù)，苦苦思索著對策。

直到一陣強(qiáng)勁的西風(fēng)吹來，“福雷姆”號才漸漸脫離了險境。

究竟是什么“魔鬼”在作怪?

如今，海洋學(xué)家終于解開了挪威海岸的“死水”之迷。原來是“密度躍層”和“內(nèi)波”在作怪。

挪威海岸的峽灣大都與河流甚至冰川連接，有大量的淡水匯入海水。這就在海面上形成了一個密度較小的淡水層。淡水層的下面則是密度較大的咸水層，兩層之間便有了一個密度躍變，這就是“密度躍層”。前文提到的異狀，究其根源，就出在兩層海水之間的界面上。

由于密度相差懸殊，界面上的海水不再平靜如初，會產(chǎn)生上下波動，這就是“內(nèi)波”。

從字面上看，“內(nèi)波”就是發(fā)生在水里的波動?！皟?nèi)波”的產(chǎn)生應(yīng)具備兩個條件，一是海水密度穩(wěn)定分層；二是要有擾動能源，兩者缺一不可。我們知道，海面與空氣之間的密度不一樣，加上風(fēng)力的擾動作用，會導(dǎo)致海面上出現(xiàn)狂濤巨浪。在深層海水中，當(dāng)海水因溫度、鹽度的變化出現(xiàn)密度分層后，受大氣壓力變化、地震影響以及船舶運(yùn)動等外力擾動，就可能在海水內(nèi)部引發(fā)內(nèi)波。

內(nèi)波與海面波浪雖然都是液體波動，但它們各不相同?？諝馀c水的密度相差近千倍，在海面形成的波浪，其波動最大值在海面，波動會隨著海水深度的增加而減小，到達(dá)一定深度后就消失了。當(dāng)海水密度上下分布不均勻，尤其是在海水中出現(xiàn)躍層，也就是兩層海水的相對密度值大于0.1％時，在外力擾動下，就會在兩層海水界面上產(chǎn)生內(nèi)波。由于海水的密度分布經(jīng)常處于不均勻狀態(tài)，因此海洋內(nèi)波是一種比較普遍的現(xiàn)象。

世界上破壞程度最慘重的智利大地震海嘯，波高只有25米，僅為最大內(nèi)波波高的1/4。由此即可見內(nèi)波的破壞力之大。萬幸的是，水面船艦受上層海水和大氣的約束，即使碰上很高的內(nèi)波也往往不會有滅頂之災(zāi)。但潛水艇可就沒有那么幸運(yùn)了，如果完全誤入其中，巨大的內(nèi)波能足以把其撕碎。

1963年，美國海軍的核潛艇“大鯊魚”號在馬薩諸塞州海岸外350千米處沉沒，艇上129名船員全部遇難。事后經(jīng)過對沉入海底、變成碎片的殘骸分析判斷，潛艇失事的原因是在水中航渡時，遇到了強(qiáng)烈的內(nèi)波，內(nèi)波峰高谷深，垂直作用也很大，內(nèi)波中大振幅的內(nèi)孤立波或內(nèi)孤立子的巨大垂直剪切力將潛艇拖拽至海底，潛艇承受不了超極限壓力而被壓碎。這就是強(qiáng)大內(nèi)波垂直力作用的后果。4開爾文波和羅斯貝波4.1受科氏力的影響，是一種大尺度的波動4.2常見于描述厄爾尼諾現(xiàn)象中4.3羅斯貝波：從赤道附近的異常暖海面向西傳播的波4.4開爾文波：當(dāng)羅斯貝波到達(dá)海洋西邊界時，被反射形成的波5風(fēng)浪和涌浪—最引人注目的波動5.1概念：風(fēng)浪：當(dāng)?shù)仫L(fēng)產(chǎn)生，并且一直處于風(fēng)的作用之下的海面波動狀態(tài)涌浪：從其他海區(qū)傳來或當(dāng)?shù)仫L(fēng)力迅速減小、平息或風(fēng)向改變后海面上遺留下來的波動,他們在原海區(qū)繼續(xù)向前傳播，甚至傳至其他海區(qū)，經(jīng)過漫長路程和時間慢慢衰減的一種波動5.2特點(diǎn)：風(fēng)浪：波峰尖削，分布不規(guī)律，波峰線短，周期小，風(fēng)大師出現(xiàn)破碎，形成浪花涌浪：波面較平坦、光滑，波峰線長，周期、波長都較大，傳播較規(guī)則。5.3成長與消衰（1）涌浪——取決于內(nèi)摩擦作用、拍岸能量的損失、彌散和角散彌散：實(shí)際海浪可視為有許多不同波長、不同周期和振幅的分波組成，這些組成部分在傳播過程中，波長大的速度快，波長短的速度慢，于是，使原來疊加在一起的波動分散開來，這種現(xiàn)象稱為彌散。角散：由于各個分波的傳播方向也不盡一致，在傳播過程中向不同方向分散開來的一種現(xiàn)象?！a(chǎn)生了涌浪不同于風(fēng)浪的特點(diǎn)預(yù)報風(fēng)暴：波動有涌浪（先行涌）向波浪轉(zhuǎn)變傳播距離驚人：北太平洋加利福尼亞夏季緩慢而有力的拍岸浪，是由南極大陸附近的大洋風(fēng)暴產(chǎn)生的風(fēng)浪傳播而來的涌浪所致（2）風(fēng)浪——取決于對能量的攝取與消耗之間的平衡關(guān)系影響因素：風(fēng)力、風(fēng)區(qū)、風(fēng)時、海洋水深、海底地形、岸線形狀風(fēng)區(qū)：狀態(tài)相同的風(fēng)作用海域的范圍風(fēng)時：狀態(tài)相同的風(fēng)持續(xù)作用在海面上的時間定常狀態(tài)：某點(diǎn)的風(fēng)浪不會隨時間的增大而增大的狀態(tài)過渡狀態(tài)：某點(diǎn)的風(fēng)浪隨時間的增長而繼續(xù)增大時的狀態(tài)最小風(fēng)時：在定常風(fēng)的作用下，對應(yīng)風(fēng)區(qū)內(nèi)某點(diǎn)，風(fēng)浪達(dá)到定常狀態(tài)的時間。當(dāng)實(shí)際風(fēng)時大于最小風(fēng)時時，風(fēng)浪為定常狀態(tài)，反之為過渡狀態(tài)。最小風(fēng)區(qū)：當(dāng)實(shí)際風(fēng)時一定，對應(yīng)于某一風(fēng)區(qū)內(nèi)的波浪達(dá)到定常狀態(tài)，此風(fēng)區(qū)的長度為最小風(fēng)區(qū)。當(dāng)實(shí)際風(fēng)區(qū)小于最小風(fēng)區(qū)時，風(fēng)浪為定常狀態(tài)，反之為過渡狀態(tài)。5.4淺海和近岸海浪（1）波速、波長逐漸變小（圖6-15）（2）波峰線有水深h1跨過等深線進(jìn)入水深h2的過程中，有逐漸與等深線平行的趨勢（圖6-16）——海岬角處，波向線輻聚，波能輻聚；海灣處產(chǎn)生輻散，波能降低（圖6-17）（3）波高的變化主要受波能的影響，在海岬角、海灣處受波向轉(zhuǎn)折的影響（4）波浪破碎，離岸流，沿岸流（5）反射：當(dāng)遇到陡峭的海岸時會反射，出現(xiàn)于碼頭、港灣繞射：當(dāng)波浪遇到障礙物時，可以繞到障礙物遮擋的后面水域去，成為繞射。繞射后波高明顯減小，沉積物易于沉積威海灣涌浪之謎

那是1978年9月2日清晨，威海灣里風(fēng)平浪靜，時至8點(diǎn)多鐘，灣內(nèi)的海水突然動蕩不安起來，繼而愈加激烈，灣內(nèi)的海水像沸騰了一樣，濁浪排空，浪花四濺，驚心動魄，十分壯觀。岸上擠滿了觀光的人，都茫然不知所以。人們在議論著，從來沒見過這樣的景象??！沒有風(fēng)，何來的大浪？不會是有地震吧？威海地震局的人也來了，說是沒有地方發(fā)生地震。到10點(diǎn)多鐘涌浪達(dá)到了高潮，威海灣里霧氣蒙蒙，很難看清劉公島了，灣內(nèi)浪高達(dá)兩米，擊岸浪高達(dá)五六米，海水沖進(jìn)了威海碼頭貨場（今旅游碼頭處），貨場的水泥地面陷裂，貨物被沖濕。人們都莫明其妙，不知所以然。四○四醫(yī)院東側(cè)的防浪堤十分牢固，涌浪沖破了防浪堤，把一噸多重的水泥石推出四五米遠(yuǎn)，海水?dāng)y帶著泥沙越過堤壩沖向馬路，自東而西沿溫泉路直沖市內(nèi)，溫泉路上水深達(dá)20多厘米，附近不少單位進(jìn)水。這一景象一直持續(xù)到12點(diǎn)多鐘，涌浪才開始消退。事后調(diào)查，養(yǎng)殖海帶乘舢板作業(yè)者，有被打翻落海的，后又被救起。到下午五六點(diǎn)鐘，筆者又去海岸觀望，海水已歸于平靜，威海灣像是累了一樣，已了無聲息，海水混濁不堪，海面上飄著各種雜物，工人們在清理馬路上的沙石，像是一場災(zāi)難剛剛過去，我用老式照相機(jī)記錄了這個過程。事后，對這次涌浪事件，筆者曾到有關(guān)單位做過調(diào)查，但涌浪的起因一直不清楚。當(dāng)時海上只有4級風(fēng)，附近也沒有發(fā)生地震，何以會興起如此的涌浪呢？請教有關(guān)專家也沒有明確解釋。這次涌浪事件主要出現(xiàn)在威海至成山頭一線。威海灣如果不是劉公島這個屏障，災(zāi)害可能會更加嚴(yán)重。歲月悠悠，威海灣里的涌浪事件已過去30年了，回憶起來，恍然如昨。舊日海濱已不可尋覓，大海依舊。草成