海浪 海浪是指风在海洋中造成的波浪,包括风浪、涌浪和海洋近岸波等。通常波长为几十厘米至几百米,周期为0.5~25秒,波高几厘米至20多米;特殊情况下波高可超过30米。

一、定义

      海浪是指风在海洋中造成的波浪,包括风浪、涌浪和海洋近岸波等。通常波长为几十厘米至几百米,周期为0.5~25秒,波高几厘米至20多米;特殊情况下波高可超过30米。

 

二、种类

      1、风浪-风直接推动的海浪。同时出现许多高低长短不等的波浪,波面较陡,波峰附近常有浪花或大片泡沫。

      2、涌浪-风浪传播到风区以外的海域中所表现的波浪。它具有较规则的外形,排列比较整齐,波峰线较长,波面较平滑,略近似正弦波。在传播中因海水的内摩擦作用,使能量不断减小而逐渐减弱。

      3、海洋近岸波-风浪或涌浪传播到海岸附近,受地形的作用改变波动性质的海浪。随海水变浅,其传播速度变小,使波峰线弯转,渐渐和等深线平行;波长和波速减小。在传播过程中波形不断变化,波峰前侧不断变陡,后侧不断变得平缓,波面变得很不对称,以至于发生倒卷破碎现象,且在岸边形成水体向前流动的现象。

 

三、形成原因

      通常所说的海浪是指海洋中由风产生的波浪。包括风浪、涌浪和近岸波。无风的海面也会出现涌浪和近岸波。这大概就是人们所说“无风三尺浪”的证据,但实际上它们是由别处的风引起的海浪传播来的。广义上的海浪,还包括天体引力、海底地震、火山爆发、塌陷滑坡、大气压力变化和海水密度分布不均等外力和内力作用下,形成的海啸、风暴潮和海洋内波等。它们都会引起海水的巨大波动。这是真正意义上的海上无风也起浪。

 

四、海浪来时该怎么做

      尽量避免去海滩上玩耍。

 

五、海浪数值预报方法

      1、海洋环境数值预报业务系统(海浪部分)

      20世纪80年代,国际上盛行的海浪数值预报方法采用第三代模式。此模式中的源函数计算遇到很大困难:迄今尚无严格而准确的方法计算能量输入,计算能量耗散的困难更大;波—波间非线性相互作用的计算需用极大的计算机时间。考虑这些困难和我国计算机能力的限制,本项研究的关键为研制新的混合型模式,其中风浪部分采用参量化方法、涌浪部分采用谱分量方法。

      风浪模式中波高为唯一的预报量。在相对风区x或风时t成长的情形中,能量平衡方程的源函数可分别以de/dX或dE/dt代替,此处E为单位面积水柱内的能量,可由波高计算。本模式最大的特点是:将能量输入和耗散以及波—波相互作用都包含于dE/dx或dE/dt之中,而此二量由本研究组提出的波高成长公式方便而较准确地算出,从而避免了第三代模式中的困难。波高已知后,由特征波高与周期间的关系可推算周期。将波高和周期代入本研究组提出的风浪频谱并乘以选定的方向函数后可得风浪的方向谱,即不同频率和方向上的风浪分量。当风速减低或风向改变时,可出现涌浪。本模式中涌浪虽采用通常的谱分量方法计算,但由于涌浪波面平缓,波—波间非线性相互作用很小故可忽略,从而显著节约机时。本模式中还提出风浪与涌浪互相转变的判据,转变的计算方法较已有的方法也有改进。由于上述风浪和涌浪计算方法的改进,本模式在应用中的精度和第三代模式相当,但机时仅约为后者的1/60,故能为业务预报部门用于台风浪的预报系统。本模式还在海岸工程和最佳航线选取等工作中得到应用。本项成果作为一种预报业务系统,除模式的研制外,还包括数值模式的选定、初始场的计算、边界条件的处理、均匀风场下风浪部分的检验、涌浪远距离传播的检验、与观测结果的比较等工作。本项研究除本校内部的工作外,还参与国家海洋环境预报部门的业务化工作。

      本成果获国家“七五”科技攻关重大成果奖。

 

      2、灾害性海浪数值预报产品的研制

      此项研究为国家“八五”科技攻关重大项目903中的一部分。“七五”期间研制的“新型混合型海浪数值预报模式”虽已能应用于业务化预报,但使用的初始浪场系由风浪推算得到。为了提高灾害性海浪预报的质量,需在业务化预报系统中引入客观分析和四维同化以海浪观测资料形成初始场,此为本项研究的重点。

      包括客观分析和四维同化的预报系统须在校内和国家环境预报部门的工作条件下进行较长时间的检验和考察,时间上不能等待研制新的海浪预报模式,故决定仍采用“七五”模式。特别是此模式需用机时非常短,能留出机时供客观分析和四维同化使用。

      卫星资料是客观分析和四维同化较好的依据,但当时所依托的国家预报部门不能得到稳定的这种资料来源,而只有依靠来自船舶、岸站、浮标的GTS资料,通过检码、译码、质量控制、客观分析(其中考虑风区和风时对风浪成长的影响)等过程,将不同时刻的海浪观测资料同化到预报模式的起始时刻以形成初始场。本项研究中先采用逐步订正法进行同化,以后改为最优插值法。

      对研制的预报系统就4个台风过程(包括13个个例)、3个寒潮与温带气旋过程进行个例试验,并以日本气象厅发布的海浪客观分析场为标准进行了严格的大面积误差统计检验,还相对于船舶报和浮标资料来检验系统的稳定性、适应性和精度。达到规定的指标后再并入国家海洋环境预报中心的总组装系统进行考核。

      由于前述的原因,新研制的业务化系统虽采用“七五”攻关成果中的混合型海浪模式,但作为一种技术储备,本研究组另研制了谱模式,其中风浪与涌浪均用谱分量计算,并克服了第三代模式的一部分困难。另一项技术储备为利用卫星资料进行客观分析和四维同化的方法,并与业务化系统所采用的最优插值法作比较。为了提高个例试验和检验的效果,还根据不同类型的大风天气过程研制了后报历史风场的诊断模式。

      此项成果获国家“八五”科技攻关重大成果奖。

      上述成果整体获得1996年度获国家教委科技进步奖乙类一等奖和1997年度国家科技进步奖三等奖。

 

六、海浪带来的危害

      不同强度的海浪对人类威胁程度不同。通常波高达6米以上的海浪,能够掀翻船只,破坏海上工程和海岸工程,给海上航行、海上施工、海上军事行动、渔业捕捞、滨海养殖等造成危害,对此称为灾害性海浪。根据形成灾害性海浪的天气系统,将海浪分为4类:冷高压型海浪(亦称寒潮型海浪)、台风型海浪、气旋型海浪、冷高压与气旋配合型海浪。

 

案例

牡丹江市海浪河水污染事故案例

      1、事故发生情况

      2006年2月19日至22日,牡丹江市自来水公司第四水厂饮用水源地海浪河发现絮状悬浮物,环保、卫生等部门迅速行动,组织专家就该悬浮物进行鉴定,认定这种悬浮物是一种水生微生物,初步断定该物质类似原核生物中的蓝藻类生物。经调查,海林市一家酒厂向海浪河里排放了大量酒糟,前几天气候突暖,最高气温达到零上6摄氏度,酒糟发酵,促进了水生生物的加速生长,这些水生生物随着河流解冻流入牡丹江。据海林市环保局局长关胜君介绍,排污的这家企业名为海林市林海雪原食品有限公司,主要生产酒和酒精等产品。事故发生后牡丹江市从20日开始出现购水高潮,到21日下午才基本结束。

 

      2、处理措施

      一是责令海林市林海雪原食品有限公司停产。

      二是村民清掏河中的污染物,用冰锥凿厚厚的冰层,海林水务局工作人员用标尺测量河水的深度。据海林水务局设计队王铁介绍,凿开的两个冰窟窿水深分别为1.50米和1.45米,测量深度主要是为制作拦污栅提供数据。随后,一台重型铲车开到了江面上,继续扩大开凿的冰面,争取在冰面上开一个大口子,目的是修建一座过滤污染物的大坝。与此同时,由海林市教育局组织的清捞队伍在海南大桥破冰打捞污染物。这些机关工作人员穿上水靴子,手拿铁钉耙敲打冰面,将污染物清掏出来,其余的人拿着自制的捞网在不远处堵截。

      三是源地发现水生生物后,牡丹江市自来水公司水厂加大了硫酸铝、聚合铝等净化剂和消毒氯气的投放量。牡丹江市政府将对牡丹江上游水域进行集中整治,从长远角度确保牡丹江市民饮用水安全。

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