Wellengang (Ozean) - Wikipedia

Eine Reihe von Wellen, die von entfernten Wettersystemen erzeugt werden.

"Ocean Swell" leitet hier um. Für das reinrassige Rennpferd siehe Ocean Swell.

Ein Wellengang im Zusammenhang mit einem Meer, einem Meer oder einem See ist eine Reihe mechanischer Wellen, die sich entlang der Grenzfläche zwischen Wasser und Luft ausbreiten und somit bestehen oft als Oberflächenschwerewellen bezeichnet. Diese Serie von Oberflächenschwerewellen sind keine Windwellen, die durch den unmittelbaren lokalen Wind erzeugt werden, sondern werden durch entfernte Wettersysteme erzeugt, bei denen der Wind über einen Zeitraum von Wasser über einen Wasserzug weht. Im Allgemeinen besteht ein Wellengang aus vom Wind erzeugten Wellen, die zu dieser Zeit nicht vom lokalen Wind beeinflusst werden oder kaum beeinflusst werden. Wellen haben oft eine lange Wellenlänge, dies hängt jedoch von der Größe, Stärke und Dauer des Wettersystems ab, das für die Schwellung verantwortlich ist, und der Größe des Wasserkörpers. Die Wellenlänge der Wellenform variiert auch von Ereignis zu Ereignis. Gelegentlich treten infolge der stärksten Stürme Wellen auf, die länger als 700 m sind. Schwellungen haben einen engeren Frequenz- und Richtungsbereich als lokal erzeugte Windwellen, da sich die Schwellwellen von ihrem Erzeugungsbereich aus zerstreuen, zerstreut wurden und daher eine gewisse Zufälligkeit verloren haben und eine definierte Form und Richtung annehmen. Schwellrichtung ist die Richtung, aus der die Schwellung kommt. Es wird in Grad gemessen (wie bei einem Kompass) und wird häufig in allgemeinen Richtungen wie NNW oder SW-Wellen angegeben.

Formation [ edit ]

Große Brecher, die an einem Strand beobachtet werden, können auf entfernte Wettersysteme über einem Meeresspiegel zurückzuführen sein. Fünf Faktoren beeinflussen die Entstehung von Windwellen ^[1] die später zum Wellengang des Ozeans werden:

• Windgeschwindigkeit oder Stärke relativ zur Wellengeschwindigkeit - der Wind muss sich zur Energieübertragung schneller als der Wellenberg bewegen; stärkere längere Winde erzeugen größere Wellen


• Die ununterbrochene Entfernung von offenem Wasser, über die der Wind ohne wesentliche Richtungsänderung bläst (genannt holen )


• Breite des von der Windung betroffenen Gebiets


• Winddauer - die Zeit, in der der Wind über einen bestimmten Bereich geweht hat


• Wassertiefe

Alle diese Faktoren wirken zusammen, um die Größe der Windwellen zu bestimmen:

Auswirkungen der tiefen Wasserwelle auf die Bewegung von Wasserteilchen (Stokes-Drift).

Ein voll entwickeltes Meer hat die maximale Wellengröße, die theoretisch für einen Wind bestimmter Stärke, Dauer und Abrufgeschwindigkeit möglich ist. Eine weitere Exposition bei diesem spezifischen Wind könnte nur zu einem Energieverlust aufgrund des Brechens der Wellenoberflächen und der Bildung von "Whitecaps" führen. Wellen in einem bestimmten Bereich haben normalerweise einen Höhenbereich. Für die Wetterberichterstattung und für die wissenschaftliche Analyse der Windwellenstatistik wird ihre charakteristische Höhe über einen Zeitraum normalerweise als signifikante Wellenhöhe ausgedrückt. Diese Zahl steht für die durchschnittliche Höhe des höchsten Drittels der Wellen in einem bestimmten Zeitraum (normalerweise zwischen 20 Minuten und zwölf Stunden gewählt) oder in einem bestimmten Wellen- oder Sturmsystem. Die signifikante Wellenhöhe ist auch der Wert, den ein "geschulter Beobachter" (z. B. von einer Schiffsbesatzung) aus visueller Beobachtung eines Seezustands schätzen würde. Angesichts der Variabilität der Wellenhöhe dürften die größten Einzelwellen etwas weniger als das Doppelte der angegebenen signifikanten Wellenhöhe für einen bestimmten Tag oder Sturm sein. ^[2]

Die Phasen einer Meeresoberflächenwelle: 1. Wellenkamm, wo sich das Wasser befindet Massen der Oberflächenschicht bewegen sich horizontal in dieselbe Richtung wie die sich ausbreitende Wellenfront. 2. Fallende Welle. 3. Trog, wo sich die Wassermassen der Oberflächenschicht horizontal in entgegengesetzter Richtung zur Wellenfrontrichtung bewegen. 4. Steigende Welle.

Quellen der Windwellenerzeugung [ edit

Windwellen werden durch viele Arten von Störungen wie seismische Ereignisse, Schwerkraft und Kreuzung erzeugt. Die Erzeugung von Windwellen wird durch die Störungen des Querwindfeldes an der Wasseroberfläche ausgelöst. Zwei Hauptmechanismen der Oberflächenwellenbildung durch Winde (der Miles-Phillips-Mechanismus) und andere Quellen (z. B. Erdbeben) der Wellenbildung können die Entstehung von Windwellen erklären.

Wenn man jedoch eine flache Wasseroberfläche (Beaufort Point, 0) einstellt und abrupte Querwindströmungen auf der Wasseroberfläche auftreten, kann die Erzeugung von Oberflächenwindwellen durch Befolgen von zwei Mechanismen erklärt werden, die durch Normaldruck ausgelöst werden Schwankungen turbulenter Winde und paralleler Windscherströmungen.

Der Mechanismus der Oberflächenwellenerzeugung durch Winde [ edit ]

Der Wellenbildungsmechanismus

1) Beginnt mit "Windschwankungen" (OMPhillips): dem Wind Die Wellenbildung auf der Wasseroberfläche durch Wind wird durch eine zufällige Verteilung des Normaldrucks auf das Wasser durch den Wind ausgelöst. Durch den von O.M. Phillips (1957) befindet sich die Wasseroberfläche zunächst in Ruhe und die Erzeugung von Wellen ist
initiiert durch das Hinzufügen turbulenter Windströmungen und dann durch die Schwankungen des Windes normaler Druck, der auf die Wasseroberfläche wirkt. Diese Druckschwankung führt zu normalen und tangentialen Spannungen des Oberflächenwassers und erzeugt ein Wellenverhalten auf der Wasseroberfläche.
{ Annahmen
1. ursprünglich ruhendes Wasser
2. Wasser ist unberührt
3. Wasser ist irrational
4. zufällige Verteilung von Normaldruck auf die Wasseroberfläche durch den turbulenten Wind
5. Korrelationen zwischen Luft- und Wasserbewegungen werden vernachlässigt.} ^[3]

2) Startet von "Windscherkräften" auf der Wasseroberfläche (JWMiles, angewendet auf hauptsächlich 2D-Schwerkraftwellen) ; John W. Miles schlug einen Mechanismus zur Erzeugung von Oberflächenwellen vor, der durch turbulente Windscherströmungen Ua (y) ausgelöst wurde, die auf der unbesonnenen Orr-Sommerfeld-Gleichung von 1957 beruhten. Er fand die Energieübertragung von der Wind- auf die Wasseroberfläche als Wellengeschwindigkeit, c ist proportional zur Krümmung des Geschwindigkeitsprofils des Windes Ua '' (y) an einem Punkt, an dem die mittlere Windgeschwindigkeit gleich der Wellengeschwindigkeit ist (Ua = c, wobei Ua die mittlere turbulente Windgeschwindigkeit ist). Da das Windprofil Ua (y) zur Wasseroberfläche logarithmisch ist, hat die Krümmung Ua '' (y) am Punkt Ua = c ein negatives Vorzeichen. Diese Beziehungen zeigen, dass der Windstrom an der Grenzfläche seine kinetische Energie auf die Wasseroberfläche überträgt, und es entsteht Wellengeschwindigkeit, c.
Die Wachstumsrate kann durch die Krümmung der Winde ((d ^ 2 Ua) / (dz ^ 2)) bei der Lenkhöhe (Ua (z = z_h) = c) für eine gegebene Windgeschwindigkeit Ua bestimmt werden
{ Annahmen ;
1. 2D paralleler Scherfluss, Ua (y)
2. inkompressibles, unbewegtes Wasser / Wind
3. irrotationswasser
4. Neigung der Verschiebung der Oberfläche ist klein}. ^[4]

Im Allgemeinen treten diese Wellenbildungsmechanismen zusammen auf der Meeresoberfläche auf und entstehen Windwellen und wachsen bis zu den voll entwickelten Wellen. ^[5]

Wenn wir von einer sehr flachen Meeresoberfläche (Beaufort-Nummer 0) ausgehen und ein plötzlicher Windstrom stetig über die Meeresoberfläche weht, wird der Prozess der Erzeugung physikalischer Wellen ähnlich sein;

1. Turbulente Windströmungen erzeugen zufällige Druckschwankungen an der Meeresoberfläche. Kleine Wellen mit einer Wellenlänge von wenigen Zentimetern werden durch die Druckschwankungen erzeugt. (Der Phillips-Mechanismus ^[3])

2. Der Seitenwind wirkt weiter auf die zunächst schwankende Meeresoberfläche, dann werden die Wellen größer. Wenn die Wellen größer werden, nehmen die Druckdifferenzen mit dem Wellenwachstum zu, dann steigt die Wellenwachstumsrate. Dann beschleunigt die Scherinstabilität das Wellenwachstum exponentiell. (Der Miles-Mechanismus ^[3])

3. Die Wechselwirkungen zwischen den Wellen auf der Oberfläche erzeugen längere Wellen (Hasselmann et al., 1973 ^[6]), und die Wechselwirkung wird Wellenenergie von den kürzeren Wellen, die durch den Miles-Mechanismus erzeugt werden, auf die Wellen übertragen, die etwas niedrigere Frequenzen haben als die Frequenz bei Spitzenwellengrößen, dann sind die Wellen schließlich schneller als die Seitenwindgeschwindigkeit (Pierson & Moskowitz ^[7]).

Bedingungen, die für ein vollständig entwickeltes Meer bei gegebenen Windgeschwindigkeiten erforderlich sind, und die Parameter der resultierenden Wellen
Windbedingungen			Wellengröße
Windgeschwindigkeit in einer Richtung	Holen	Winddauer	Durchschnittliche Höhe	durchschnittliche Wellenlänge	durchschnittliche Periode und Geschwindigkeit
19 km / h (19 km / h)	19 km (12 mi)	2 h	0,27 m (0,89 ft)	8,5 m (28 ft)	3,0 s, 2,8 m / s (9,3 ft / s)
37 km / h (23 mph)	139 km (86 mi)	10 h	1,5 m (4,9 ft)	33,8 m (111 ft)	5,7 s, 5,9 m / s (19,5 ft / s)
56 km / h (35 mph)	518 km (322 mi)	23 h	4,1 m (13 ft)	76,5 m (251 ft)	8,6 s, 8,9 m / s (29,2 ft / s)
74 km / h	1.313 km [865 Meilen]	42 h	8,5 m (28 ft)	136 m (446 ft)	11,4 s, 11,9 m / s (39,1 ft / s)
92 km / h (57 mph)	2.627 km (1.632 mi)	69 h	14,8 m (49 ft)	212,2 m (696 ft)	14,3 s, 14,8 m / s (48,7 ft / s)

• (Anmerkung: Die meisten Wellengeschwindigkeiten, die aus der durch die Periode dividierten Wellenlänge berechnet werden, sind proportional zur Quadratwurzel der Länge. Daher folgen die Wellen mit Ausnahme der kürzesten Wellenlänge der im Folgenden beschriebenen Theorie des Tiefwassers Die 28 ft lange Welle muss entweder im flachen Wasser oder zwischen tief und flach sein.)

Dissipation edit

Die Ableitung der Wellenenergie ist für kurze Wellen viel stärker Deshalb sind Wellen von fernen Stürmen nur lange Wellen. Die Abnahme von Wellen mit Perioden von mehr als 13 Sekunden ist sehr schwach, aber im Pazifikbereich immer noch signifikant. ^[8] Diese langen Wellen verlieren die Hälfte ihrer Energie über eine Entfernung, die von über 20.000 km variiert (die Hälfte der Entfernung um den Ozean) Globus) auf etwas über 2.000 km.
Es wurde festgestellt, dass diese Variation eine systematische Funktion der Quellstiefe ist: das Verhältnis der Quellhöhe zur Wellenlänge. Der Grund für dieses Verhalten ist noch unklar, aber es ist möglich, dass diese Ableitung auf die Reibung an der Luft-See-Schnittstelle zurückzuführen ist.
Swell-Dispersions- und Wellengruppen [ edit

Swells werden oft durch Stürme erzeugt, die Tausende von Seemeilen vom Strand entfernt sind, an dem sie brechen, und die Ausbreitung der längsten Swells ist nur möglich begrenzt durch Küstenlinien. Zum Beispiel wurden im Indischen Ozean erzeugte Schwellungen nach mehr als einer halben Weltreise in Kalifornien registriert. ^[9] Diese Entfernung ermöglicht es, dass die Wellen, aus denen die Schwellungen bestehen, besser sortiert und auf dem Weg in die Richtung frei von Abschnitten sind Küste. Wellen, die durch Sturmwinde erzeugt werden, haben die gleiche Geschwindigkeit und werden sich zusammen gruppieren und miteinander reisen, während andere, die sich sogar um einen Bruchteil eines Meters pro Sekunde langsamer bewegen, hinterherhinken und letztendlich aufgrund der zurückgelegten Entfernung viele Stunden später ankommen. Die Ausbreitungszeit aus der Quelle t ist proportional zur Entfernung X geteilt durch die Wellenperiode T . In tiefem Wasser ist es