開水面における風によって発生する表面波
ポルトガル、ポルト・コーヴォ で大きな波の隣に立つ男性
カリフォルニア州 ニュー ポートビーチ 沿岸に広がる ハリケーン・マリー の高波の映像
流体力学 において 、 風波(ふうはん) または 風力水波(ふうりょうすいはん) とは、 風が 水面 を吹き抜けることにより 水面 上 に発生する 表面波である。 風向の 接触距離は 風向風速 と呼ばれる。海洋の波は陸地に到達するまでに数千キロメートルも移動することがある。地球上の風波の大きさは、小さな さざ波 から高さ30メートル(100フィート)を超える波まで様々であり 、風速、持続時間、風向風速、水深によって制限される。 [1]
風波は、直接発生し局所的な風の影響を受けると、風海 と呼ばれます 。風波は発生後、 大円ルート を描いて進みます。南半球ではわずかに左に、北半球ではわずかに右に曲がります。フェッチエリアから出て局所的な風の影響を受けなくなると、風波は うねり と呼ばれ、数千キロメートルも移動します。注目すべき例としては、強風時にタスマニア島南部で発生する波が太平洋を横断して南カリフォルニアに到達し、サーフィンに最適な条件を作り出すことが挙げられます。 [2] 海中の風波は 海洋表面波とも呼ばれ、主に 重力波 であり 、 重力が 主な平衡力です。
風波にはある程度の ランダム性 があり、後続する波の高さ、持続時間、形状はそれぞれ異なり、予測可能性は限られています。風波は、その発生、成長、伝播、減衰を支配する物理法則、そして 水面の 動き、 流速 、 水圧 といった流量間の相互依存性と相まって、 確率過程として記述することができます。変化する 海況 における風波(海面およびうねりの両方)の 主要な 統計量は、 風波モデル を用いて予測できます 。
波は通常、地球の水海で考えられますが、 タイタン の炭化水素の海にも風による波がある可能性があります。 [3] [4] [5] 水域の波は、表面と水中の両方で、他の原因( 船舶 、 動物 、 滝 、 地滑り 、 地震 、 泡 、 衝突 など)によっても発生する可能性があります。
水波の様相
波の形成
深海波の水粒子の運動
海面波の位相:1. 波頭。表層の水塊が伝播する波面と同じ方向に水平移動します。2. 下降波。3. 波谷。表層の水塊が波面の方向と反対方向に水平移動します。4. 上昇波。
NOAAの 船 デラウェア2号が ジョージズバンク で悪天候に見舞われる
海岸で見られる大きな砕波のほとんどは遠方からの風によって発生します。風波の流れ構造の形成には5つの要因が影響します。 [6]
波の速度に対する風速 または強さ – エネルギーが波に伝達されるためには、風速が波の頂上よりも速く移動している必要があります。
風向が大きく変化することなく吹く、途切れることのない開水面の距離( フェッチ と呼ばれる)
フェッチの影響を受ける領域の幅(距離に対して直角)
風の持続時間 – 風が水面を吹いている時間。
水深
これらすべての要因が組み合わさって、水の波の大きさと波内の流れの構造が決まります。
波の伝播 に関連する主な次元 は次のとおりです。
完全に発達した海は、特定の強さ、持続時間、および風向の風に対して理論的に可能な最大の波高を有します。その特定の風にさらし続けると、波頭の砕けや「白波」の形成によるエネルギーの散逸しか引き起こしません。特定の海域における波は通常、高さの範囲を持ちます。天気予報や風波統計の科学的分析では、一定期間における波の高さの特徴は通常、 有義波高 として表されます。この数値は、特定の期間(通常は20分から12時間の範囲で選択)または特定の波浪もしくは嵐システムにおける、波の最も高い3分の1の 平均 高さを表します。有義波高はまた、「訓練を受けた観測者」(例えば船員)が海況の目視観察から推定する値でもあります。波高の変動性を考慮すると、個々の最大の波は、特定の日または嵐において報告された有義波高の2倍弱になる可能性があります。 [7]
風によって最初は平坦であった水面上に波が形成されるのは、水面上の乱流風の法線圧力のランダムな分布によって引き起こされる。この圧力変動は、表層水に法線応力と接線応力を発生させ、波を発生させる。理論解析では、通常、次のように仮定される。 [8]
水はもともと静止している。
水には粘性がありません。
水は 回転しません 。
乱流の風により水面への法線圧力がランダムに分布します。
空気と水の動きの相関関係は無視されます。
2つ目のメカニズムは、水面における風せん断力です。 ジョン・W・マイルズは 1957年、非粘性 オル・ゾンマーフェルト方程式 に基づき、乱流風せん断流によって発生する表面波発生メカニズムを提唱しました。マイルズは、風から水面へのエネルギー伝達は、平均風速が波速に等しい点における風の速度プロファイルの曲率に比例することを発見しました。風速プロファイルは水面に対して対数関数であるため、この点では曲率は負の符号を持ちます。この関係は、風の流れが水面と水面の境界面で運動エネルギーを伝達していることを示しています。
前提:
二次元平行せん断流
非圧縮性、非粘性の水と風
非回転水
水面の変位の勾配が小さい [9]
一般的に、これらの波形成メカニズムは水面上で同時に発生し、最終的に完全に発達した波を生成します。
例えば [10] 、平坦な海面(ボーフォート状態0)を仮定し、突然の風の流れが海面を横切って一定に吹く場合、物理的な波の発生プロセスは次のようになります。
乱流風は海面にランダムな圧力変動を引き起こし、その圧力変動によって数センチメートル程度の波長を持つ波紋が発生します。( フィリップス 機構 [8] )
風は、最初に波立った海面に作用し続け、波を大きくします。波が大きくなるにつれて、圧力差が大きくなり、成長速度が増加します。最終的に、せん断不安定性によって波の成長は指数関数的に加速されます。(マイルズ機構 [8] )
表面上の波の相互作用により長い波が生成され [11] 、その相互作用により、マイルズ機構によって生成された短い波から、ピーク波の周波数よりもわずかに低い周波数の波に波のエネルギーが伝達され、最終的に波は横風の速度よりも速くなります(ピアソン&モスコウィッツ [12] )。
種類
岩が多い不規則な底でサーフィンします。 ポルト コーヴォ 、ポルトガルの西海岸
時間の経過とともに、次の 3 種類の風波が発生します。
風が吹くと滑らかな水面に波紋が現れますが、風が止むとすぐに消えます。波紋の伝播を可能にするのは 表面張力 の復元力です。海の波は、持続的な風の下で形成される、より大規模で、多くの場合は不規則な動きです。これらの波は、風が止んだ後もずっと長く続く傾向があり、伝播を可能にするのは重力の復元力です。波が発生領域から離れて伝播するにつれて、波は自然に共通の方向と波長のグループに分かれます。このようにして形成された波の集合はうねりとして知られています。 太平洋は インドネシアから コロンビア の海岸まで 19,800 km (12,300 マイル) あり 、平均波長 76.5 m (251 フィート) に基づくと、その幅に約 258,824 のうねりがあることになります。
一連の波のうち、7番目の波が常に最大であると言われることがあります。これは事実ではありませんが、特定のセットの真ん中の波は、その前後の波よりも大きくなる傾向があります。 [13]
海域 の他の波よりもはるかに高い 「 暴れ波」(「異常波」「モンスター波」「キラー波」「キング波」とも呼ばれる)が発生することがあります。 ドラウプナー波 の場合、その高さは25メートル(82フィート)で、 有義波高 の2.2倍でした 。このような波は、 月 と 太陽 の 引力 によって引き起こされる 潮汐 、海底 地震 や 地滑り によって引き起こされる 津波、 海底爆発や 隕石 落下 によって発生する波とは異なります。これらの波はすべて 、風波よりも
はるかに長い 波長を持っています。
これまでに記録された最大の風波は、突発波ではなく、極端な海況における標準波です。例えば、 RRS ディスカバリー号 に乗船した際に、有義波高18.5メートル(61フィート)の海域で29.1メートル(95フィート)の波が記録されました。つまり、最大の波は有義波高のわずか1.6倍に過ぎません。 [14] ブイによる記録(2011年時点)で最大の波は、2007年に台湾近海で発生した 台風クローサの
32.3メートル(106フィート)でした。 [15]
スペクトラム
波周期 による海洋波の スペクトル の分類 [16]
海洋波は、波を発生させる擾乱力、発生後に擾乱力が波に及ぼし続ける影響の程度、復元力によって波が弱まる、あるいは平坦化する程度、そして波長または周期に基づいて分類できます。地震波は周期約20分、速度は時速760キロメートル(470マイル)です。風波(深層波)は周期が最大約20秒です。
海洋波の速度は、重力、波長、水深によって制御されます。海洋波のほとんどの特性は、波長と水深の関係によって決まります。波長は波の中の水分子の軌道の大きさを決定しますが、水深は軌道の形状を決定します。風波における水分子の軌道は、波が深海を伝わる場合にのみ円形になります。波は、波長の半分より深い水域を伝わると、海底を「感じる」ことができません。これは、その深さより下の水の動きに含まれる波のエネルギーが小さすぎるためです。波長の半分より深い水域を伝わる波は深水波と呼ばれます。一方、浅瀬を伝わる波では、水分子の軌道は海底に近づくことで平坦になります。元の波長の1/20より浅い水域を伝わる波は浅水波と呼ばれます。遷移波は、元の波長の1/20より深いが、元の波長の半分より浅い水域を伝わります。
一般的に、波長が長いほど、波のエネルギーは水中を速く移動します。波の波長、周期、速度の関係は以下のとおりです。
C
=
L
/
T
{\displaystyle C={L}/{T}}
ここで、Cは速度(速さ)、Lは波長、Tは周期(秒)です。したがって、波の速度は 波長と周期の関数的依存性( 分散関係 )から導かれます。
L
(
T
)
{\displaystyle L(T)}
深海波の速度は次のように概算することもできます。
C
=
グラム
L
/
2
π
{\displaystyle C={\sqrt {{gL}/{2\pi }}}}
ここで、gは重力加速度で、9.8メートル(32フィート)毎秒の2乗です。gとπ(3.14)は定数なので、この式は次のように簡約できます。
C
=
1.251
L
{\displaystyle C=1.251{\sqrt {L}}}
Cはメートル/秒、Lはメートルで測定されます。どちらの式でも、波の速度は波長の平方根に比例します。
浅瀬の波の速度は、次のように表される別の式で表されます。
C
=
グラム
d
=
3.1
d
{\displaystyle C={\sqrt {gd}}=3.1{\sqrt {d}}}
ここで、Cは速度(メートル/秒)、gは重力加速度、dは水深(メートル)です。波の周期は、波が移動する水深に関わらず変化しません。しかし、深海の波が浅瀬に入り、底に触れると、速度が低下し、波頭が「束になる」ため、波長が短くなります。
スペクトルモデル
海況は、 海波スペクトル 、または単に 波スペクトル によって記述されます 。これは、 波高スペクトル (WHS) と 波向スペクトル (WDS)で構成されます 。波スペクトルからは、海況に関する多くの興味深い特性が得られます。
S
(
ω
、
Θ
)
{\displaystyle S(\omega ,\Theta )}
S
(
ω
)
{\displaystyle S(\omega )}
f
(
Θ
)
{\displaystyle f(\Theta )}
WHSは、 波高 分散 (「パワー」) の スペクトル密度と 波の周波数 の関係を、 次元 で表します。波の成分におけるスペクトル と波の振幅の 関係は、以下 のとおりです。
{
S
(
ω
)
}
=
{
長さ
2
⋅
時間
}
{\displaystyle \{S(\omega )\}=\{{\text{長さ}}^{2}\cdot {\text{時間}}\}}
S
(
ω
j
)
{\displaystyle S(\omega _{j})}
あ
j
{\displaystyle A_{j}}
j
{\displaystyle j}
1
2
あ
j
2
=
S
(
ω
j
)
Δ
ω
{\displaystyle {\frac {1}{2}}A_{j}^{2}=S(\omega _{j})\,\Delta \omega }
[ 引用が必要 ] [ 説明が必要 ]
以下にいくつかの WHS モデルを示します。
S
(
ω
)
H
1
/
3
2
T
1
=
0.11
2
π
(
ω
T
1
2
π
)
−
5
e
×
p
[
−
0.44
(
ω
T
1
2
π
)
−
4
]
{\displaystyle {\frac {S(\omega )}{H_{1/3}^{2}T_{1}}}={\frac {0.11}{2\pi }}\left({\frac {\omega T_{1}}{2\pi }}\right)^{-5}\mathrm {exp} \left[-0.44\left({\frac {\omega T_{1}}{2\pi }}\right)^{-4}\right]}
限定フェッチ 用のITTC推奨スペクトルモデル (JONSWAPスペクトル)
S
(
ω
)
=
155
H
1
/
3
2
T
1
4
ω
5
e
×
p
(
−
944
T
1
4
ω
4
)
(
3.3
)
はい
、
{\displaystyle S(\omega )=155{\frac {H_{1/3}^{2}}{T_{1}^{4}\omega ^{5}}}\mathrm {exp} \left({\frac {-944}{T_{1}^{4}\omega ^{4}}}\right)(3.3)^{Y},}
どこ
はい
=
経験
[
−
(
0.191
ω
T
1
−
1
2
1
/
2
σ
)
2
]
{\displaystyle Y=\exp \left[-\left({\frac {0.191\omega T_{1}-1}{2^{1/2}\sigma }}\right)^{2}\right]}
σ
=
{
0.07
もし
ω
≤
5.24
/
T
1
、
0.09
もし
ω
>
5.24
/
T
1
。
{\displaystyle \sigma ={\begin{cases}0.07&{\text{if }}\omega \leq 5.24/T_{1},\\0.09&{\text{if }}\omega >5.24/T_{1}.\end{cases}}}
(後者のモデルは、フィリップスとキタイゴロツキイの研究に基づいて開発され、高波 数 の波高スペクトルをより適切にモデル化するために改良されました。 [21] )
WDS の場合、次のモデル例が 考えられます。
f
(
Θ
)
{\displaystyle f(\Theta )}
f
(
Θ
)
=
2
π
コス
2
Θ
、
−
π
/
2
≤
Θ
≤
π
/
2
{\displaystyle f(\Theta )={\frac {2}{\pi }}\cos ^{2}\Theta ,\qquad -\pi /2\leq \Theta \leq \pi /2}
このように海面状態は完全に決定され、次の関数によって再現することができる。ここで 、は波高、 は0から の間に均一に分布し 、は方向分布関数 [22] からランダムに抽出される。
ζ
{\displaystyle \zeta }
ϵ
j
{\displaystyle \epsilon_{j}}
2
π
{\displaystyle 2\pi }
Θ
j
{\displaystyle \Theta_{j}}
f
(
Θ
)
:
{\displaystyle {\sqrt {f(\Theta )}}:}
ζ
=
∑
j
=
1
北
2
S
(
ω
j
)
Δ
ω
j
罪
(
ω
j
t
−
け
j
×
コス
Θ
j
−
け
j
y
罪
Θ
j
+
ϵ
j
)
。
{\displaystyle \zeta =\sum _{j=1}^{N}{\sqrt {2S(\omega _{j})\Delta \omega _{j}}}\;\sin(\omega _{j}t-k_{j}x\cos \Theta _{j}-k_{j}y\sin \Theta _{j}+\epsilon _{j}).}
浅瀬と屈折
波は 海岸に 波紋を作ります。
波は深いところから浅いところへ移動するにつれて、形状が変化します(波の高さは増加し、速度は低下し、波の軌道が非対称になるため、長さは減少します)。このプロセスは 浅瀬化 と呼ばれます。
波の 屈折 は、波が海底と相互作用して、波長と周期の関数として伝播速度を遅くするときに発生するプロセスです。浅瀬で波が遅くなると、波頭は 水深 の等高線に対する角度が小さくなる方向に再配置される傾向があります。波頭に沿った深さの変化により、波頭は異なる 位相速度 で移動し、深い水域の波の部分は 浅い水域 の部分よりも速く移動します。このプロセスは、水深が減少する間継続し、水深が再び増加すると反転しますが、浅瀬領域を離れる波は方向を大幅に変更している可能性があります。 光線 (波頭に 垂直な 線で、その間に一定量のエネルギー フラックス が 含まれます)は、局所的な浅瀬と浅瀬に収束します。したがって、光線間の 波エネルギー は収束するときに集中し、結果として波高が増加します。
これらの効果は位相速度の空間的変化に関連しており、また位相速度は ドップラー効果 により周囲の流れによっても変化するため、屈折や波高の変化といった同様の効果が流れの変化によっても生じる。逆流に遭遇した場合、波は急 勾配となり 、つまり波高は上昇するが波長は減少する。これは水深が減少するときに生じる浅瀬化に似ている。 [23]
破壊
大きな波が砕ける
巨大な海の波
一部の波は 「砕波」と呼ばれる 現象を起こします。 [24] 砕波 と は、波の底がもはや波頭を支えきれなくなり、波頭が崩壊する現象です。波は 浅瀬 に流れ込んだとき、あるいは二つの波系が互いに反発し合い、力を合わせたときに砕波します。波の傾斜、つまり傾き比が大きすぎる場合、砕波は避けられません。
深海における個々の波は、 波高 H と 波長 λの 比 である波の傾き が約0.17を超えると砕け散ります。つまり、 H > 0.17λ と なります。波長に比べて水深が小さい浅瀬では、個々の波は波高 Hが水深 h の0.8倍を超えると砕け散ります。 つまり、 H > 0.8h と なります。 [25] 風が強くなり、波頭が波底から吹き飛ばされるような場合にも、波は砕け散ります。
浅瀬では、波の底部は海底の抵抗によって減速されます。その結果、波の上部は底部よりも速い速度で伝播し、波頭の先端面は急勾配になり、後端面は平坦になります。この現象は、先端面が樽状の形状になり、波頭が波の前方で空中に広がるにつれて前方下方に傾斜する程度まで強調されることがあります。
サーファー や ライフセーバー は、砕ける波を主に3種類に分類しています 。それぞれの特徴によって、サーフィンに適しているか適していないか、また危険性も異なります。
スピル、またはローリング:これらはサーフィンをするのに最も安全な波です。比較的平坦な海岸線のほとんどの場所で見られます。最も一般的なショアブレイクのタイプです。波のベース部分の減速は緩やかで、上部の速度は高さによってあまり変わりません。ブレイクは主に、スティープネス比が安定限界を超えたときに発生します。
プランジング、またはダンピング:突然砕け、泳いでいる人を「ダンプ」し、大きな力で海底に押し込むことがあります。経験豊富なサーファーに人気の波です。強いオフショア風と長い波周期がダンパーの原因となることがあります。リーフや砂州など、海底が急激に隆起している場所でよく見られます。波のベースが減速すると、上向きの加速と、波頭の上部を大幅に超える前進速度が発生します。波頭が上昇して前面を追い越し、崩れる際に「樽状」または「チューブ状」になります。
うねり波:水深が深いため、水際まで近づいても実際には砕けないことがあります。急峻な海岸線で発生する傾向があり、泳いでいる人を転落させ、深い水域へと引きずり込むことがあります。
海岸線がほぼ垂直の場合、波は砕けずに反射します。エネルギーの大部分は波の中に保持され、海へと戻っていきます。入射波と反射波の重なりによって干渉縞が生じ、波頭が交差する部分で局所的な不安定性が生じ、不安定性によって波頭が砕けることがあります。( クラポティック波 も参照)
波の物理学
浅瀬の波におけるストークス漂流( アニメーション )
風波は、 水 と 空気の 界面に沿って伝播する力学的 波 です。復元力は重力によって生じるため、しばしば 表面重力波 と呼ばれます。 風が 吹くと、圧力と摩擦によって水面の平衡が乱され、空気から水へとエネルギーが伝達され、波が形成されます。風による波の初期形成は、1957年のフィリップスの理論で説明されており、その後の小波の成長は、 同じく1957年に マイルズによってモデル化されています。 [26] [27]
ストークスは深い水波の中で漂う( アニメーション )
波浪水槽 における進行性かつ周期的な 表面重力波 の下における水粒子の軌道の写真 。波の条件は、平均水深 d = 2.50フィート(0.76 m)、 波高 H = 0.339フィート(0.103 m)、波長λ = 6.42フィート(1.96 m)、 周期 T = 1.12秒である。 [28]
深海における単一波長の線形平面波では、水面近くの 粒子は 単純な上下運動ではなく、円軌道を描いて運動します。つまり、波の伝播方向に対して、上は前方、下は後方に動きます。その結果、水面は正確な 正弦波 ではなく、 トロコイド波 理論でモデル化されているように、上向きに急峻な曲線を描く トロコイド波を形成します。このように、風波は 横波 と 縦波 の組み合わせです 。
波が浅い水 (深さが波長の半分未満) を伝播する場合、粒子の軌跡は 楕円形 に圧縮されます。 [29] [30]
実際には、波の振幅(高さ)が有限の値である場合、粒子の軌道は閉じた軌道を形成せず、むしろ各波頭を通過した後、粒子は以前の位置からわずかにずれる。この現象は ストークスドリフト として知られている。 [31] [32]
自由表面下の深さが増すにつれて、円運動の半径は減少する。 波長 λの半分の深さでは、軌道運動は表面における値の5%未満に減衰する。表面重力波の 位相速度 (速度とも呼ばれる)は、小 振幅波の純粋な 周期 波動の場合 、次のように近似できる。
c
=
グラム
λ
2
π
タン
(
2
π
d
λ
)
{\displaystyle c={\sqrt {{\frac {g\lambda}{2\pi}}\tanh \left({\frac {2\pi d}{\lambda}}\right)}}}
どこ
c = 位相速度 ;
λ = 波長 ;
d = 水深;
g = 地球表面における重力加速度 。
深い水では、 となり、 双曲正接が に近づくので 、速度 は に近似する。
d
≥
1
2
λ
{\displaystyle d\geq {\frac {1}{2}}\lambda }
2
π
d
λ
≥
π
{\displaystyle {\frac {2\pi d}{\lambda }}\geq \pi }
1
{\displaystyle 1}
c
{\displaystyle c}
c
深い
=
グラム
λ
2
π
。
{\displaystyle c_{\text{deep}}={\sqrt {\frac {g\lambda }{2\pi }}}.}
SI単位では、 m/s以内で 、がメートルで測定されている場合です 。この式は、波長の異なる波は伝わる速度が異なることを示しています。嵐の中で最も速い波は、波長が最も長い波です。その結果、嵐の後、最初に海岸に到達する波は、波長の長いうねりとなります。
c
深い
{\displaystyle c_{\text{深い}}}
c
深い
≈
1.25
λ
{\displaystyle c_{\text{deep}}\approx 1.25{\sqrt {\lambda }}}
λ
{\displaystyle \lambda}
中水域および浅水域では、 周波数分散と非線形効果を組み合わせた ブシネスク方程式 を適用できます 。また、極浅水域では 浅水方程式を 使用できます。
波長が水深に比べて非常に長い場合、位相速度(波長が無限大に近づくときの c の 極限 をとることによって)は次のように近似できる。
c
浅い
=
リム
λ
→
∞
c
=
グラム
d
。
{\displaystyle c_{\text{shallow}}=\lim _{\lambda \rightarrow \infty }c={\sqrt {gd}}.}
一方、非常に短い波長では 表面張力が重要な役割を果たし、これらの 重力波 の位相速度は (深海では)次のように近似できる。
c
重力毛細管
=
グラム
λ
2
π
+
2
π
S
ρ
λ
{\displaystyle c_{\text{重力-毛細管力}}={\sqrt {{\frac {g\lambda }{2\pi }}+{\frac {2\pi S}{\rho \lambda }}}}}
どこ
S = 空気と水の界面の 表面張力;
ρ
{\displaystyle \rho }
= 水の 密度。 [33]
自然界では常にそうであるように、複数の波列が存在する場合、波は群を形成します。深海では、群は 位相速度 の半分の 群速度 で移動します。 [34] 群内の単一の波を追うと、その波が群の後方から現れ、成長し、最終的に群の前方で消えていくのがわかります。
水深が 海岸 に向かって浅くなると、 波の浅瀬化 や 屈折 によって波高が変化します 。波高が上昇すると、波頭が波の谷よりも速く移動し、波が不安定になることがあります 。 これ が 波 の砕け散り(
サーフ)を引き起こします。
d
{\displaystyle d}
風波の動きは 波力発電装置 によって捉えることができます。規則的な正弦波のエネルギー密度(単位面積あたり)は、水の 密度 、重力加速度 、そして波高(規則的な波の場合、 振幅の 2倍に相当 )に依存します 。
ρ
{\displaystyle \rho }
グラム
{\displaystyle g}
H
{\displaystyle H}
1つの
{\displaystyle a}
E
=
1
8
ρ
グラム
H
2
=
1
2
ρ
グラム
1つの
2
。
{\displaystyle E={\frac {1}{8}}\rho gH^{2}={\frac {1}{2}}\rho ga^{2}.}
このエネルギーの伝播速度が 群速度 です。
モデル
この画像は、1992 年 10 月 3 日から 10 月 12 日にかけて NASA の TOPEX/ポセイドンの二周波レーダー高度計で観測された風速と波高の全球分布を示しています。風速と波高の同時観測は、科学者が海の波を予測するのに役立っています。風速は、レーダー信号が海面で跳ね返って衛星に戻ってくるときの強度で決まります。穏やかな海は良い反射鏡として機能し、強い信号を返します。一方、荒れた海は信号を散乱させる傾向があり、弱いパルスを返します。波高は、返ってくるレーダーパルスの形状で決まります。波の低い穏やかな海は凝縮したパルスを返しますが、波の高い荒れた海は引き伸ばされたパルスを返します。上記の 2 つの画像を比較すると、風速と波高の間に高い相関関係があることがわかります。最も強い風 (時速 33.6 マイル、54.1 キロメートル) と最も高い波は南極海で観測されています。最も弱い風(マゼンタと濃い青の領域で表示)は、一般的に熱帯の海で発生します。
サーファーは 波の予報 に非常に関心を持っています。今後数日、数週間の波のコンディションを予測するウェブサイトは数多くあります。風波モデルは、 海洋、海、湖の風や気圧を予測する、
より一般的な 気象モデルに基づいています。
風波モデルは、 海岸保全 や 養浜計画の影響を検証する上でも重要な役割を果たします。多くの海岸地域では波浪気候に関する情報が断片的であるため、風波の影響を推定することは 沿岸 環境の管理において重要です 。
風力波は、海抜10mにおける風速と風の持続時間という2つのパラメータに基づいて予測できます。風力波が完全に発達したとみなされるためには、風が長時間にわたって吹く必要があります。これにより、一定のフェッチ長における有義波高とピーク周波数を予測できます。 [35]
地震信号
海水の波は、 地震計 で世界的に観測可能な地震波を発生させます。 [36] 海洋の波によって発生する地震性微小地震には、主に 2 つの要素があります。 [37] これらのうち最も強いのは二次微小地震で、干渉する海洋波によって発生する海底圧力によって作られ、そのスペクトルは通常約 6~12 秒周期、つまり原因となる干渉波の周期の約半分です。定在波による微小地震発生の理論は、 1941 年にピエール・ベルナールが観測に基づいて定在波とのこの関係を示唆した後、1950 年に マイケル・ロンゲ・ヒギンズによって提唱されました。 [38] [39] より弱い一次微小地震も世界的に観測可能で、世界の海洋の浅い部分(深さ数百メートル未満)の上を伝播する波の動的海底圧力によって発生します。微小地震は1900年頃に初めて報告され、地震記録は地球の海洋における季節的および気候に関連した大規模な波の強度の長期的な代理測定値を提供している [40] 。これには 人為的な地球温暖化 に関連するものも含まれる 。 [41] [42] [43]
参照
参考文献
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水の波を描いた芸術家の描写
科学的
他の
外部リンク
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