波浪介紹

Posted on 2009/06/12 in 地球科學, 海水的運動, 海洋 with 有 2 則迴響 44,064 views

波浪介紹 (Ocean Wave)
國立臺灣師範大學地球科學系林幼淳碩士生/國立臺灣師範大學地球科學系吳朝榮副教授責任編輯

波浪運動為週期性或是近似週期性的運動。波形前進時，能量沿著運動方向傳遞過去，水分子僅在原地作圓周運動，而非本身介質傳遞。

波浪名詞介紹

波峰 (Crest)	波形之最高點。
波谷 (Trough)	二波峰間之最低點。
波高 (Wave height)	波峰與其相鄰波谷間之垂直距離，以H表示。
波長 (Wavelength)	波面上任意一點與其隨後波形上對應點之間的水準距離稱之，如二相鄰波峰間之距離，以L代表。
週期 (Period)	在一個固定點觀察一個完整的波形（一個波長）通過所需要的時間，以T表示。
頻率 (Frequency)	週期之倒數稱之，以f表示，f = 1/T。
波速 (Wave speed)	又稱為相速度(Phase speed)，為外觀波形移動的速度。
振幅 (Amplitude)	波面最高點至靜水位之垂直距離，或是波高值的一半。
顯著波高 (Significant wave height)	亦稱為「有效波高」，指海面上某瞬間，或是某點長時間連續觀測之所有波高中選取最大的 1/3 組平均後所得到的數值。
波浪尖銳度 (Wave steepness)	波高與波長之比值(H/L)，當此值過大(> 1/7)時，波便會崩潰破碎。
波群 (Wave group)	海洋中外觀波形常呈現成群出現現象，即海面上有一長列向同一方向傳播的波形。在某一固定點觀測時，首先出現一陣波高較小的時段，隨後波高漸漸增大，而在連續出現幾個大波後，波高又再減小。
群速度 (Group velocity)	波群移動的速度。

波浪種類

波浪的分類主要有以下幾種辦法：依照波長與水深的關係（如：深水波、淺水波），依照波浪的尺度大小而是否受重力影響（如：表面張力波、重力波）等。波長大小與水深、重力間的關係，皆會影響到波浪的傳輸速度、運動方式以及海表面破碎等關係，當波長尺度或能量過大時（如海嘯），則表面運動的擾動則可以忽略。

深水波 (Deep water wave)	水深大於波長二分之一 (L/2) 深時，如一般深水波浪。
淺水波 (Shallow water wave)	水深小於二十分之一波長 (L/20) 淺時，如海嘯。
表面張力波 (Capillary wave)	當波長小於1.74cm 時，受到表面張力效應的影響的比例較大（如漣漪），其波形具有圓形波峰及V型波谷等特性。
重力波 (gravity wave)	當波長較長時，重力效應顯得較為重要（如海嘯、潮汐等），其波形與正弦曲線非常相似。
介面波 (Interfacial wave)	發生在二不同性質流體介面上的波動，例如空氣與水交界面上之水面波。
波浪破碎 (wave break)	當波浪能量不斷累積後，重力波的波形會逐漸改變，波峰變尖，波谷變圓，當尖銳度達到1/7的臨界值時，波形變無法支撐波浪的能量而破碎。

波速

波浪的行進速度受限於波長與其水深之間的關係，波長越長則速度越快，水深越淺速度越慢。

淺水波速度：C = √(gd)
深水波速度：C = √(gL/2π)
其中C為波速，L為波長，D為水深，g為重力加速度。

各尺度波浪介紹

漣漪 (capillary wave)：當水體表面受到微風吹拂而引起之表面皺摺現象，其波長約數公分，週期小於1-2秒，其回復力主要為表面張力，屬於小尺度的波浪運動。

風浪：指一般在海岸邊所看到之波浪運動皆屬於此波，波長從數十公分至數百公尺，週期為數秒至數十秒不等。起始運動為受風吹影響，主要之回復力為重力，故亦可稱為重力波。

內波 (internal wave)：意指水面下之波動現象，大多形成原因為上下層海水間密度有明顯差異，其可形成於海水中任一分層。在溫躍層附近之內波波長約為十數公尺，而在深海區域可達到數十公尺，其振幅亦受限於水深密度差異的影響。內波的運動亦會影響海表面的波動變化，可透過合成孔徑雷達衛星(SAR)影像觀測海表面波紋之變化，而推估水下內波之運動軌跡與速度。

海嘯：形成原因可能為海底地層斷裂或抬升、火山爆發、隕石撞擊等突然造成海面抬升的現象，皆有可能產生海嘯。海嘯波長相當長，週期約為十分鐘至小時不等。由於海嘯波長極長，往往超過100公里，相較於海水深度4公里將其歸類於淺水波。根據波浪理論，淺水波之波速為√(g*d)，g為重力加速度，d為海水深度，故海嘯之傳播速度與水深有相當大的關係，簡單的計算海嘯速度約為 200公尺/秒，相當於時速750公里，僅需一天便可橫跨太平洋。當海嘯傳播陸地之後，水深逐漸變淺，週期不變，因此海嘯前端速度逐漸變慢而後端不變，海水會迅速累積，形成數十公尺海牆，而對沿海地區造成嚴重的衝擊。

參考資料
1. Ocean World. http://oceanworld.tamu.edu/resources/
2. 維基百科。http://zh.wikipedia.org/w/index.php
3. Internal wave. http://en.wikipedia.org/wiki/Internal_wave