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        海浪“大家族”

        2024-07-06 08:36:59陸楊楊氾
        知識(shí)就是力量 2024年6期
        關(guān)鍵詞:大家族波谷風(fēng)浪

        陸楊 楊氾

        滔天白浪何處來(lái)?

        海浪是怎么產(chǎn)生的呢?或許你會(huì)說(shuō):“有風(fēng),然后才有了浪?!睕](méi)錯(cuò),俗話說(shuō)“無(wú)風(fēng)不起浪”。但是,有時(shí),“風(fēng)平”浪卻不“靜”;有時(shí),風(fēng)很大,但浪并不高。

        其實(shí),根據(jù)維持海浪的動(dòng)力來(lái)源,可以把海浪分為風(fēng)浪和涌浪。

        風(fēng)浪:風(fēng)吹起來(lái)的浪是風(fēng)浪,風(fēng)是維持海浪波動(dòng)的動(dòng)力來(lái)源,風(fēng)把自己的能量傳遞給了海水。但這需要一定的積累,如果風(fēng)的吹程不夠長(zhǎng),或者風(fēng)速不夠大,浪就很難長(zhǎng)高。

        涌浪:但是,當(dāng)浪長(zhǎng)到足夠高時(shí),即使風(fēng)向變了或者風(fēng)平靜了,浪在慣性的作用下也不會(huì)立刻停下,此時(shí)的浪就是涌浪。

        一個(gè)海域既有風(fēng)浪又有涌浪,則稱為混合浪。

        橫波(上)和縱波對(duì)比示意圖(繪圖/張玲)

        海浪是橫波還是縱波?

        海浪產(chǎn)生后,是怎么傳播的呢?我們把海浪稱作表面重力波,這說(shuō)明海浪的運(yùn)動(dòng)受重力支配。

        從物理學(xué)的波動(dòng)理論看,海浪和光一樣,都是橫波,即它的振動(dòng)方向和傳播方向是相互垂直的。與此相比,生活中常見(jiàn)的彈簧振動(dòng)是一種縱波,它的振動(dòng)方向和傳播方向是相同的。

        所以,海浪的傳播和光的傳播有許多相似的地方。例如:光在一定條件下會(huì)發(fā)生反射或折射,同樣,海浪也會(huì)發(fā)生反射和折射;光在碰到障礙物時(shí)會(huì)發(fā)生衍射,并以某種方式繞過(guò)障礙物,同樣,海浪碰到障礙物時(shí)也會(huì)發(fā)生衍射(通常稱為“繞射”),以某種方式繞過(guò)障礙物繼續(xù)傳播。

        海浪的“年齡”與“身材”

        海浪的“身材”(波長(zhǎng))和“年齡”(周期)之間存在特定的關(guān)系,曾經(jīng)有位叫艾利(Airy)的科學(xué)家通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo),給出了它們之間的計(jì)算公式。現(xiàn)在我們知道,最初形成的風(fēng)浪,它的“年齡”與風(fēng)向、風(fēng)速有關(guān);涌浪的“身材”既與“年齡”有關(guān),又與水深有關(guān)。

        特立獨(dú)行的波浪:孤立波

        波形像數(shù)學(xué)中的正(余)弦曲線的海浪,被稱為線性波,也叫微幅波;波峰較為尖陡、波谷較為平坦的海浪,被稱為非線性波,有一類特殊的非線性波,叫作孤立波。

        孤立波只有波峰沒(méi)有波谷,是形如鐘罩的單個(gè)波形。它通常存在于淺水環(huán)境中,英國(guó)科學(xué)家羅素最早在運(yùn)河里觀察到了孤立波。

        孤立波可以傳播很遠(yuǎn)而不改變自己的波形,和其他孤立波相遇混在一起再分離后,也能保持原來(lái)的波形,所以算是較為特立獨(dú)行的波浪了。

        海浪的破碎

        海浪從遠(yuǎn)處奔向岸邊,最終會(huì)隨著一聲巨響化作一層層水沫。這種現(xiàn)象在物理學(xué)上被稱為海浪的破碎。

        海浪的破碎方式有很多種:

        崩破波是海浪在較平緩的海灘上破碎形成的,整個(gè)過(guò)程較為舒緩,不會(huì)聽(tīng)到巨響,但會(huì)看到海面泛起的一層層水沫。

        卷破波是指海浪波峰前端猶如舌頭般翻卷后,落在波谷上形成的破碎波。由于翻卷的水舌壓縮了其中的空氣,所以會(huì)發(fā)出轟鳴聲。

        激碎波是從海浪水體下方開(kāi)始破碎而波峰基本不變的一類破碎波,通常是由較長(zhǎng)周期的涌浪,在較陡的海灘上破碎形成的。

        無(wú)論以上哪種破碎方式,其根本原因都是海浪水質(zhì)點(diǎn)的速度超過(guò)了外在波形的傳播速度——當(dāng)海浪高度超過(guò)了水深的0.78倍時(shí),海浪就會(huì)破碎。

        水質(zhì)點(diǎn)可以理解為一小塊微水團(tuán)。海浪是一種流體運(yùn)動(dòng)。正因?yàn)槠浔砻嫦路讲煌恢玫奈⑺畧F(tuán)運(yùn)動(dòng)速度不一樣,外在才會(huì)表現(xiàn)為波狀的形態(tài)。我們?nèi)庋勰芘袛嗟氖遣ㄐ蔚膫鞑ニ俣?,這和海浪下方水團(tuán)的運(yùn)動(dòng)速度是兩個(gè)概念。

        船頭、船身兩側(cè)和船尾形成的波浪,我們稱之為船行波

        在深海大洋中,平靜的海面會(huì)突然形成最大接近10層樓高的巨浪,我們稱之為畸形波(概念圖)

        認(rèn)識(shí)海浪的類型和各類海浪的形成、演化規(guī)律,是我們認(rèn)識(shí)海洋、經(jīng)略海洋的重要一環(huán)。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)通過(guò)衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)、動(dòng)力學(xué)建模、計(jì)算機(jī)模擬等手段,已經(jīng)可以對(duì)常規(guī)海浪做出較為精準(zhǔn)的預(yù)報(bào)。但是,對(duì)于深遠(yuǎn)海極端海浪的預(yù)報(bào)和防控,還有待完善。大海的力量如此神秘,值得我們繼續(xù)深入探索。

        (責(zé)任編輯 / 高琳? 美術(shù)編輯 / 周游)

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