Der Hauptgrund für die Wellenbildung ist der Wind, der über das Wasser weht. Daher hängt die Stärke der Welle von der Stärke und dem Zeitpunkt ihres Aufpralls ab. Durch den Wind steigen Wasserpartikel nach oben und lösen sich manchmal von der Oberfläche, fallen aber nach einiger Zeit unter dem Einfluss der natürlichen Schwerkraft unweigerlich nach unten. Aus der Ferne mag es so aussehen, als ob sich die Welle vorwärtsbewegt, doch wenn es sich bei dieser Welle natürlich nicht um einen Tsunami handelt (ein Tsunami hat eine andere Natur des Auftretens), sinkt und steigt sie nur. So wird beispielsweise ein Seevogel, der auf der Oberfläche einer rauen See gelandet ist, auf den Wellen schwanken, sich aber nicht von seinem Platz entfernen.

Erst in Ufernähe, wo es nicht mehr tief ist, bewegt sich das Wasser vorwärts und rollt ans Ufer. Übrigens bestimmen erfahrene Segler den Grad der Meeresrauheit, indem sie sich den Gischtrücken ansehen, der aus zerbrochenen Tropfen entsteht, die auf einer Welle einen Kamm bilden. Wenn sich gerade ein Grat und Schaum darauf zu bilden begonnen hat, beträgt der Seegang 3 Punkte.

Welche Art von Meereswelle wird als Wellengang bezeichnet?

Wellen auf dem Meer können ohne Wind existieren; das sind Tsunamis, die durch verursacht werden Naturkatastrophen wie Vulkanausbrüche unter Wasser und eine Welle, die Seeleute Anlauf nennen. Es entsteht auf See nach einem starken Sturm, wenn der Wind nachgelassen hat, aber aufgrund der großen Wassermasse, die durch den Wind in Bewegung gesetzt wird, und eines Phänomens namens Resonanz schwanken die Wellen weiter. Es ist zu beachten, dass solche Wellen nicht viel sicherer sind als ein Sturm und bei unerfahrenen Seglern leicht ein Schiff oder Boot zum Kentern bringen können.

Die Oberfläche der Meere und Ozeane ist selten ruhig: Sie ist meist mit Wellen bedeckt und die Brandung schlägt ständig gegen die Ufer.

Ein erstaunlicher Anblick: Ein riesiges Frachtschiff, das von riesigen Sturmwellen auf dem offenen Meer umspielt wird, scheint nur eine Nussschale zu sein. Katastrophenfilme sind voll von ähnlichen Bildern – eine Welle so hoch wie ein zehnstöckiges Gebäude.

Wellenschwankungen der Meeresoberfläche treten während eines Sturms auf, wenn ein anhaltender böiger Wind mit wechselnden Winden einhergeht Luftdruck bildet ein komplexes chaotisches Wellenfeld.

Laufende Wellen, kochender Brandungsschaum

Wenn Sie sich von dem Zyklon entfernen, der den Sturm verursacht hat, können Sie beobachten, wie sich das Wellenmuster verändert, wie die Wellen gleichmäßiger werden und sich geordnete Reihen nacheinander in die gleiche Richtung bewegen. Diese Wellen werden Wellengang genannt. Die Höhe solcher Wellen (also der Höhenunterschied zwischen dem höchsten und dem tiefsten Punkt der Welle) und ihre Länge (der Abstand zwischen zwei benachbarten Spitzen) sowie die Geschwindigkeit ihrer Ausbreitung sind ziemlich konstant. Zwei Wellenkämme können bis zu 300 m voneinander entfernt sein und die Höhe solcher Wellen kann 25 m erreichen. Wellenvibrationen solcher Wellen breiten sich bis zu einer Tiefe von 150 m aus.

Vom Entstehungsgebiet aus breiten sich Dünungswellen auch bei völliger Windstille sehr weit aus. Beispielsweise verursachen Wirbelstürme, die vor der Küste Neufundlands ziehen, Wellen, die innerhalb von drei Tagen den Golf von Biskaya vor der Westküste Frankreichs erreichen – fast 3000 km von ihrem Entstehungsort entfernt.

Wenn sie sich dem Ufer nähern und die Tiefe abnimmt, verändern diese Wellen ihr Aussehen. Wenn Wellenschwingungen den Boden erreichen, verlangsamt sich die Bewegung der Wellen, sie beginnen sich zu verformen, was mit dem Zusammenbruch der Wellenkämme endet. Surfer freuen sich auf diese Wellen. Besonders spektakulär sind sie in Gebieten, in denen der Meeresboden in Küstennähe stark abfällt, beispielsweise im Golf von Guinea in Westafrika. Dieser Ort ist bei Surfern auf der ganzen Welt sehr beliebt.

Gezeiten: globale Wellen

Gezeiten sind ein Phänomen ganz anderer Natur. Dabei handelt es sich um periodische Schwankungen des Meeresspiegels, die vor der Küste deutlich sichtbar sind und sich etwa alle 12,5 Stunden wiederholen. Sie werden durch die gravitative Wechselwirkung des Meereswassers hauptsächlich mit dem Mond verursacht. Die Gezeitenperiode wird durch das Verhältnis der Perioden bestimmt täglicher Wechsel Die Erde dreht sich um ihre eigene Achse und der Mond dreht sich um die Erde. Auch die Sonne ist an der Gezeitenbildung beteiligt, allerdings in geringerem Maße als der Mond. Trotz der Überlegenheit in der Masse. Die Sonne ist zu weit von der Erde entfernt.

Die Gesamtstärke der Gezeiten hängt somit davon ab relative Position Erde, Mond und Sonne, die sich im Laufe des Monats ändern. Wenn sie auf derselben Linie liegen (was bei Vollmond und Neumond der Fall ist), erreichen die Gezeiten ihren Höchstwert. Die höchsten Gezeiten werden in der Bay of Fundy an der Küste Kanadas beobachtet: Der Unterschied zwischen der maximalen und minimalen Meeresspiegelposition beträgt hier etwa 19,6 m.

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Wir sind seit langem daran gewöhnt, dass viele Phänomene auf unserem Planeten auftreten, ohne überhaupt über die Art ihres Auftretens und die Mechanismen ihrer Wirkung nachzudenken. Dabei handelt es sich um den Klimawandel, den Wechsel der Jahreszeiten, den Wechsel der Tageszeiten und die Wellenbildung im Meer und in den Ozeanen.

Und heute wollen wir uns nur noch mit der letzten Frage befassen, der Frage, warum sich im Meer Wellen bilden.

Warum entstehen Wellen auf dem Meer?

Es gibt Theorien, dass Wellen in den Meeren und Ozeanen durch Druckänderungen entstehen. Dabei handelt es sich jedoch oft nur um Vermutungen von Menschen, die schnell versuchen, eine Erklärung für ein solches Naturphänomen zu finden. In Wirklichkeit liegen die Dinge etwas anders.

Denken Sie daran, was Wasser „besorgniserregend“ macht. Dies ist eine physische Wirkung. Wenn man etwas ins Wasser wirft, mit der Hand darüber fährt, heftig auf das Wasser schlägt, werden mit Sicherheit Vibrationen unterschiedlicher Größe und Frequenz durch das Wasser fließen. Auf dieser Grundlage können wir verstehen, dass Wellen das Ergebnis einer physikalischen Einwirkung auf die Wasseroberfläche sind.

Doch warum entstehen auf dem Meer große Wellen, die aus der Ferne ans Ufer kommen? Etwas anderes ist schuld ein natürliches Phänomen- Wind.

Tatsache ist, dass Windböen entlang einer Tangente über das Wasser streichen und eine physikalische Wirkung auf die Meeresoberfläche ausüben. Durch diesen Effekt wird das Wasser gepumpt und in Wellenbewegung versetzt.

Jemand wird natürlich eine andere Frage stellen, warum die Wellen auf dem Meer und im Ozean gehen oszillierende Bewegungen. Allerdings ist die Antwort auf diese Frage ist noch einfacher als die Natur der Wellen selbst. Tatsache ist, dass der Wind eine instabile physikalische Wirkung auf die Wasseroberfläche hat, weil er in Böen auf diese gerichtet ist verschiedene Stärken und Macht. Dies wird dadurch beeinflusst, dass die Wellen unterschiedliche Größen und Schwingungsfrequenzen haben. Natürlich treten starke Wellen, ein echter Sturm, auf, wenn der Wind die Norm überschreitet.

Warum gibt es Wellen auf See ohne Wind?

Eine sehr vernünftige Nuance ist die Frage, warum es Wellen auf dem Meer gibt, auch wenn absolute Windstille herrscht, wenn überhaupt kein Wind weht.

Und hier ist die Antwort auf die Frage die Tatsache, dass Wasserwellen eine ideale Quelle erneuerbarer Energie sind. Tatsache ist, dass Wellen ihr Potenzial sehr lange speichern können. Das heißt, der Wind, der das Wasser in Bewegung setzt und eine bestimmte Anzahl von Schwingungen (Wellen) erzeugt, kann ausreichen, damit die Welle ihre Schwingung sehr lange fortsetzt, und das Wellenpotential selbst erschöpft sich auch nach Dutzenden nicht Kilometer vom Ursprungsort der Welle entfernt.

Dies sind alle Antworten auf die Fragen, warum es Wellen auf dem Meer gibt.

Wellen entstehen durch den Wind. Stürme erzeugen Winde, die auf die Wasseroberfläche einwirken und zu Wellen führen, genau wie die Wellen in Ihrer Tasse Kaffee nach dem Surfen, wenn Sie darauf blasen. Der Wind selbst ist auf Wettervorhersagekarten zu erkennen: Es handelt sich um Tiefdruckgebiete. Je konzentrierter sie sind, desto stärker wird der Wind sein. Kleine (Kapillar-)Wellen bewegen sich zunächst in die Richtung, in die der Wind weht. Je stärker und länger der Wind weht, desto größer ist seine Wirkung auf die Wasseroberfläche. Mit der Zeit nehmen die Wellen an Größe zu. Während der Wind weiter weht und die von ihm erzeugten Wellen weiterhin von ihm beeinflusst werden, beginnen die kleinen Wellen zu wachsen. Auf sie wirkt der Wind stärker als auf einer ruhigen Wasseroberfläche. Die Größe der Welle hängt von der Geschwindigkeit des Windes ab, der sie bildet. Ein Wind, der mit einer bestimmten konstanten Geschwindigkeit weht, kann eine Welle einer bestimmten Größe erzeugen. Und sobald die Welle bei einem bestimmten Wind ihre maximal mögliche Größe erreicht, ist sie „vollständig geformt“. Die erzeugten Wellen haben unterschiedliche Geschwindigkeiten und Wellenperioden. (Weitere Einzelheiten finden Sie im Abschnitt zur Wellenterminologie.) Wellen mit einer längeren Periode bewegen sich schneller und werden schneller lange Distanzen als ihre langsameren Gegenstücke. Während sie sich von der Windquelle entfernen (Ausbreitung), bilden die Wellen Brandungslinien (Wellen), die unweigerlich auf das Ufer rollen. Sie kennen wahrscheinlich bereits das Konzept des „Wellensatzes“! Wellen, die nicht mehr vom Wind beeinflusst werden, der sie erzeugt hat, werden Grundbrunnen genannt. Das ist genau das, was Surfer suchen! Was beeinflusst die Größe der Brandung (Welle)? Es gibt drei Hauptfaktoren, die die Größe der Wellen auf dem offenen Meer beeinflussen: Windgeschwindigkeit – je höher sie ist, desto größer wird die Welle. Die Dauer des Windes ist ähnlich wie beim vorherigen. Abrufen (abrufen, „Abdeckungsbereich“) – auch hier gilt: Je größer der Abdeckungsbereich, desto größer wird die Welle gebildet. Sobald der Wind aufhört, auf sie einzuwirken, beginnen die Wellen, ihre Energie zu verlieren. Sie bewegen sich, bis die Vorsprünge des Meeresbodens oder andere Hindernisse auf ihrem Weg (z. B. eine große Insel) die gesamte Energie absorbieren. Es gibt mehrere Faktoren, die die Größe der Welle an einem bestimmten Surfort beeinflussen. Unter ihnen: Die Richtung der Brandung (Welle) – wird sie es ermöglichen, dass die Wellen dorthin gelangen, wo wir sie brauchen? Meeresboden – eine Dünung, die sich aus den Tiefen des Ozeans zu einem Riff bewegt und große Wellen mit Fässern im Inneren bildet. Ein flacher, langer Felsvorsprung, der sich zum Ufer hin erstreckt, bremst die Wellen und sie verlieren ihre Energie. Gezeiten – manche Sportarten sind völlig darauf angewiesen. Erfahren Sie mehr im Abschnitt „Wie die besten Wellen aussehen“.

Die Wellen, die wir auf der Meeresoberfläche gewohnt sind, entstehen hauptsächlich unter dem Einfluss des Windes. Allerdings können Wellen auch aus anderen Gründen entstehen, dann nennt man sie;

Gezeiten, gebildet unter dem Einfluss der Gezeitenkräfte des Mondes und der Sonne;

Barischer Druck, der auftritt, wenn plötzliche Veränderungen Luftdruck;

Seismischer Zustand (Tsunami), der als Folge eines Erdbebens oder Vulkanausbruchs entsteht;

Schiffsprobleme, die während der Schiffsbewegung auftreten.

Auf der Oberfläche von Meeren und Ozeanen herrschen Windwellen vor. Gezeiten-, Erdbeben-, Druck- und Schiffswellen haben keinen wesentlichen Einfluss auf die Navigation von Schiffen im offenen Ozean, daher werden wir uns nicht mit ihrer Beschreibung befassen. Windwellen sind einer der wichtigsten hydrometeorologischen Faktoren, die die Sicherheit und Wirtschaftlichkeit der Schifffahrt bestimmen, da die Welle, wenn sie auf das Schiff trifft, es trifft, es ins Wanken bringt, auf die Seite schlägt, die Decks und Aufbauten überflutet und die Geschwindigkeit verringert. Die Bewegung erzeugt gefährliche Listen, erschwert die Positionsbestimmung des Schiffes und erschöpft die Besatzung erheblich. Zusätzlich zum Geschwindigkeitsverlust führen Wellen dazu, dass das Schiff giert und vom vorgegebenen Kurs abweicht. Um diesen beizubehalten, ist eine ständige Ruderverstellung erforderlich.

Unter Windwellen versteht man den Prozess der Bildung, Entwicklung und Ausbreitung windinduzierter Wellen auf der Meeresoberfläche. Windwellen haben zwei Hauptmerkmale. Das erste Merkmal ist die Unregelmäßigkeit: Unordnung in der Größe und Form der Wellen. Eine Welle wiederholt keine andere; auf eine große Welle kann eine kleine oder vielleicht sogar eine noch größere Welle folgen; Jede einzelne Welle verändert kontinuierlich ihre Form. Wellenkämme bewegen sich nicht nur in Windrichtung, sondern auch in andere Richtungen. Eine solch komplexe Struktur der gestörten Meeresoberfläche erklärt sich aus der wirbelnden, turbulenten Natur des Windes, der Wellen bildet. Das zweite Merkmal von Wellen ist die schnelle zeitliche und räumliche Veränderlichkeit ihrer Elemente und hängt auch mit dem Wind zusammen. Die Größe der Wellen hängt jedoch nicht nur von der Windgeschwindigkeit ab, auch die Dauer ihrer Wirkung, die Fläche und die Beschaffenheit der Wasseroberfläche sind von entscheidender Bedeutung. Aus praktischer Sicht besteht keine Notwendigkeit, die Elemente jeder einzelnen Welle oder jeder Wellenschwingung zu kennen. Daher kommt es bei der Untersuchung von Wellen letztendlich darauf an, statistische Muster zu identifizieren, die durch die Abhängigkeiten zwischen Wellenelementen und den sie bestimmenden Faktoren numerisch ausgedrückt werden.

3.1.1. Wellenelemente

Jede Welle ist durch bestimmte Elemente gekennzeichnet,

Die gemeinsamen Elemente für Wellen sind (Abb. 25):

Spitze - höchster Punkt Wellenkamm;

Der Boden ist der tiefste Punkt des Wellentals;

Höhe (h) – übersteigt die Spitze der Welle;

Länge (L) ist der horizontale Abstand zwischen den Spitzen zweier benachbarter Grate auf einem Wellenprofil, das in der allgemeinen Richtung der Wellenausbreitung gezeichnet ist;

Periode (t) – das Zeitintervall zwischen dem Durchgang zweier benachbarter Wellenspitzen durch eine feste Vertikale; mit anderen Worten, es ist der Zeitraum, in dem die Welle eine Distanz zurücklegt, die ihrer Länge entspricht;

Die Steigung (e) ist das Verhältnis der Höhe einer gegebenen Welle zu ihrer Länge. Die Steilheit der Welle ist an verschiedenen Stellen des Wellenprofils unterschiedlich. Die durchschnittliche Wellensteilheit wird durch das Verhältnis bestimmt:

Reis. 25. Grundelemente von Wellen.

Zur Übung wichtig hat die größte Steigung, die ungefähr beträgt gleich dem Verhältnis Wellenhöhe h auf ihre Halbwertslänge λ/2

- Wellengeschwindigkeit c – die Bewegungsgeschwindigkeit des Wellenkamms in Richtung seiner Ausbreitung, bestimmt über ein kurzes Zeitintervall in der Größenordnung der Wellenperiode;

Eine Wellenfront ist eine Linie auf der Ebene einer rauen Oberfläche, die entlang der Scheitelpunkte des Wellenkamms verläuft und durch eine Reihe von Wellenprofilen bestimmt wird, die parallel zur allgemeinen Richtung der Wellenausbreitung gezeichnet werden.

Zur Navigation Höchster Wert Wellenelemente wie Höhe, Periode, Länge, Steilheit und allgemeine Richtung der Wellenbewegung haben. Sie alle hängen von den Parametern der Windströmung (Windgeschwindigkeit und -richtung), ihrer Länge (Beschleunigung) über dem Meer und der Dauer ihrer Wirkung ab.

Abhängig von den Entstehungs- und Ausbreitungsbedingungen können Windwellen in vier Typen eingeteilt werden.

Wind – ein Wellensystem, das zum Zeitpunkt der Beobachtung unter dem Einfluss des Windes steht, durch den es verursacht wird. Die Ausbreitungsrichtungen von Windwellen und Wind in tiefem Wasser fallen normalerweise zusammen oder unterscheiden sich um nicht mehr als vier Punkte (45°).

Windwellen zeichnen sich dadurch aus, dass ihr Leehang steiler ist als der Luvhang, so dass die Spitzen der Kämme meist zusammenbrechen, Schaum bilden oder sogar von starken Winden abgerissen werden. Wenn Wellen in flaches Wasser eindringen und sich dem Ufer nähern, können sich die Wellen- und Windausbreitungsrichtungen um mehr als 45° unterscheiden.

Seegang – windinduzierte Wellen, die sich im wellenbildenden Bereich ausbreiten, nachdem der Wind schwächer wird und/oder seine Richtung ändert, oder windinduzierte Wellen, die vom wellenbildenden Bereich in einen anderen Bereich gelangen, in dem der Wind mit einer anderen Geschwindigkeit weht und/oder eine andere Richtung. Besonderer Fall Dünung breitet sich aus, wenn kein Wind weht Name des Toten anschwellen

Gemischt – Wellen, die durch die Wechselwirkung von Windwellen und Wellen entstehen.

Transformation von Windwellen – Veränderungen in der Struktur von Windwellen mit Tiefenänderungen. In diesem Fall wird die Form der Wellen verzerrt, sie werden steiler und kürzer, und in geringer Tiefe, die die Höhe der Welle nicht überschreitet, kippen deren Kämme um und die Wellen werden zerstört.

Auf meine Art Aussehen Windwellen zeichnen sich durch unterschiedliche Formen aus.

Welligkeit - Ausgangsform Entwicklung von Windwellen, die unter dem Einfluss schwacher Winde entstehen; Die Wellenkämme ähneln Schuppen, wenn sie sich kräuseln.

Dreidimensionale Wellen sind eine Reihe von Wellen, deren durchschnittliche Scheitellänge um ein Vielfaches größer ist als die durchschnittliche Wellenlänge.

Regelmäßige Wellen sind Wellen, bei denen Form und Elemente aller Wellen gleich sind.

Menschenmenge ist eine chaotische Störung, die durch die Wechselwirkung von Wellen entsteht, die sich in verschiedene Richtungen ausbreiten.

Wellen, die über Ufer, Riffe oder Felsen brechen, werden Brecher genannt. Als Brandung werden Wellen bezeichnet, die im Küstenbereich brechen. In der Nähe von Steilufern und in der Nähe von Hafenanlagen hat die Brandung die Form einer Gegenflut.

Wellen auf der Meeresoberfläche werden in freie Wellen unterteilt, wenn die Kraft, die sie verursacht hat, aufhört zu wirken und sich die Wellen frei bewegen, und in erzwungene Wellen, wenn die Kraft, die die Wellenbildung verursacht hat, nicht aufhört.

Basierend auf der Variabilität der Wellenelemente im Laufe der Zeit werden sie in stetige Wellen, d. h. Windwellen, bei denen sich die statistischen Eigenschaften der Wellen im Laufe der Zeit nicht ändern, und sich entwickelnde oder schwächer werdende Wellen, die ihre Elemente im Laufe der Zeit ändern, unterteilt.

Entsprechend ihrer Form werden Wellen in zweidimensional unterteilt – eine Reihe von Wellen, deren durchschnittliche Scheitellänge um ein Vielfaches größer ist als die durchschnittliche Wellenlänge, und dreidimensional – eine Reihe von Wellen, deren durchschnittliche Scheitellänge um ein Vielfaches größer ist als die Wellenlänge und einzeln, mit nur einem kuppelförmigen Kamm ohne Sohle.

Abhängig vom Verhältnis der Wellenlänge zur Meerestiefe werden Wellen in kurze Wellen unterteilt, deren Länge deutlich geringer ist als die Meerestiefe, und lange Wellen, deren Länge größer als die Meerestiefe ist.

Je nach Art der Bewegung der Wellenform können sie translatorisch sein, bei denen es zu einer sichtbaren Bewegung der Wellenform kommt, und stehend – ohne Bewegung. Je nachdem, wie sich die Wellen befinden, werden sie in Oberflächen- und Innenwellen unterteilt. An der Grenzfläche zwischen Wasserschichten unterschiedlicher Dichte bilden sich in der einen oder anderen Tiefe innere Wellen.

3.1.2. Methoden zur Berechnung von Wellenelementen

Bei der Untersuchung von Meereswellen werden bestimmte theoretische Prinzipien verwendet, um bestimmte Aspekte dieses Phänomens zu erklären. Die allgemeinen Gesetze der Struktur von Wellen und die Art der Bewegung ihrer einzelnen Teilchen werden in der Trochoidentheorie der Wellen berücksichtigt. Nach dieser Theorie bewegen sich einzelne Wasserpartikel in Oberflächenwellen auf geschlossenen ellipsoiden Bahnen und vollführen dabei eine vollständige Umdrehung in einer Zeit, die der Wellenperiode t entspricht.

Die Rotationsbewegung nacheinander angeordneter Wasserpartikel, die im anfänglichen Moment der Bewegung um einen Phasenwinkel verschoben sind, erzeugt das Erscheinungsbild Vorwärtsbewegung: Einzelne Teilchen bewegen sich auf geschlossenen Bahnen, während sich das Wellenprofil in Windrichtung vorwärts bewegt. Die Trochoidenwellentheorie ermöglichte es, die Struktur einzelner Wellen mathematisch zu begründen und ihre Elemente miteinander in Beziehung zu setzen. Es wurden Formeln erhalten, die es ermöglichten, einzelne Wellenelemente zu berechnen

wobei g die Erdbeschleunigung ist, die Wellenlänge K, die Ausbreitungsgeschwindigkeit C und die Periode t durch die Abhängigkeit K = Cx miteinander verknüpft sind.

Es ist zu beachten, dass die Theorie der trochoidalen Wellen nur für regelmäßige zweidimensionale Wellen gilt, die bei freien Windwellen – Seegang – beobachtet werden. Bei dreidimensionalen Windwellen sind die Umlaufbahnen der Partikel keine geschlossenen Kreisbahnen, da unter dem Einfluss des Windes eine horizontale Wasserübertragung auf der Meeresoberfläche in Richtung der Wellenausbreitung stattfindet.

Die Trochoidentheorie der Meereswellen offenbart nicht den Prozess ihrer Entwicklung und Dämpfung sowie den Mechanismus der Energieübertragung vom Wind auf die Welle. Mittlerweile ist es notwendig, genau diese Probleme zu lösen, um verlässliche Abhängigkeiten für die Berechnung der Elemente von Windwellen zu erhalten.

Daher ging die Entwicklung der Theorie der Meereswellen den Weg, theoretische und empirische Zusammenhänge zwischen Wind und Wellen zu entwickeln, unter Berücksichtigung der Vielfalt realer Meereswindwellen und der instationären Natur des Phänomens, d. h. unter Berücksichtigung ihrer Entwicklung und Dämpfung.

IN Gesamtansicht Formeln zur Berechnung von Windwellenelementen können als Funktion mehrerer Variablen ausgedrückt werden

H, t, L,C=f(W , D t, H),

Wobei W die Windgeschwindigkeit ist; D – Beschleunigung, t – Dauer der Windeinwirkung; H – Tiefe des Meeres.

Für flache Meeresgebiete können die Abhängigkeiten zur Berechnung von Wellenhöhe und -länge verwendet werden

Die Koeffizienten a und z sind variabel und hängen von der Meerestiefe ab

A = 0,0151H 0,342; z = 0,104H 0,573 .

Für offene Meeresgebiete werden die Wellenelemente, deren Höhenwahrscheinlichkeit 5 % beträgt, und die durchschnittlichen Wellenlängen nach den Abhängigkeiten berechnet:

H = 0,45 W 0,56 T 0,54 A,

L = 0,3lW 0,66 D 0,64 A.

Der Koeffizient A wird nach der Formel berechnet

Für offene Meeresgebiete werden Wellenelemente nach folgenden Formeln berechnet:

wobei e die Steilheit der Welle bei niedrigen Beschleunigungen ist, D PR die maximale Beschleunigung, km. Mit der Formel lässt sich die maximale Höhe von Sturmwellen berechnen

Dabei ist hmax die maximale Wellenhöhe in m und D die Beschleunigungslänge in Meilen.

Am Staatlichen Ozeanographischen Institut wurden auf der Grundlage der spektralstatistischen Wellentheorie grafische Zusammenhänge zwischen Wellenelementen und Windgeschwindigkeit, Wirkungsdauer und Beschleunigungslänge ermittelt. Diese Abhängigkeiten sollten als die zuverlässigsten angesehen werden und akzeptable Ergebnisse liefern, auf deren Grundlage Nomogramme zur Berechnung von Wellenhöhen im Hydrometeorologischen Zentrum der UdSSR (V.S. Krasyuk) erstellt wurden. Das Nomogramm (Abb. 26) ist in vier Quadranten (I-IV) unterteilt und besteht aus einer Reihe von Diagrammen, die in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet sind.

Im Quadranten I (von der unteren rechten Ecke aus gezählt) des Nomogramms ist ein Gradgitter angegeben, dessen Unterteilung (horizontal) 1° des Meridians auf einem bestimmten Breitengrad (von 70 bis 20° N) für Karten entspricht im Maßstab 1:15 000000 polare stereografische Projektionen. Das Gradgitter ist notwendig, um den Abstand zwischen den Isobaren n und den Krümmungsradius der Isobaren R, gemessen auf Karten eines anderen Maßstabs, auf den Maßstab 1:15 000000 umzurechnen. In diesem Fall ermitteln wir den Abstand zwischen den Isobaren n und der Krümmungsradius der Isobaren R in Meridiangraden auf einem bestimmten Breitengrad. Der Krümmungsradius der Isobaren R ist der Radius des Kreises, mit dem der Abschnitt der Isobare, der durch oder in der Nähe des Punktes verläuft, für den die Berechnung durchgeführt wird, den größten Kontakt hat. Sie wird mit einem Messgerät bestimmt, indem man es so wählt, dass ein vom gefundenen Mittelpunkt gezogener Bogen mit einem gegebenen Abschnitt der Isobare übereinstimmt. Dann tragen wir auf einem Gradgitter die Messwerte an einem bestimmten Breitengrad ein, ausgedrückt in Grad des Meridians, und bestimmen mit einem Kompass den Krümmungsradius der Isobaren und den Abstand zwischen den Isobaren, entsprechend einer Skala von 1:15.000.000.

Quadrant II des Nomogramms zeigt Kurven, die die Abhängigkeit der Windgeschwindigkeit vom Druckgradienten und der geografischen Breite des Ortes ausdrücken (jede Kurve entspricht einem bestimmten Breitengrad – von 70 bis 20° N). Für den Übergang vom berechneten Gradientenwind zum Wind, der nahe der Meeresoberfläche (in einer Höhe von 10 m) weht, wurde eine Korrektur abgeleitet, die die Schichtung der Oberflächenschicht der Atmosphäre berücksichtigt. Bei der Berechnung für die kalte Jahreszeit (stabile Schichtung t w 2°C) beträgt der Koeffizient 0,6.

Reis. 26. Nomogramm zur Berechnung von Wellenelementen und Windgeschwindigkeit aus Bodendruckfeldkarten, wobei Isobaren in Abständen von 5 mbar (a) und 8 mbar (b) gezeichnet werden. 1 - Winter, 2 - Sommer.

Im Quadranten III wird der Einfluss der Isobarenkrümmung auf die geostrophische Windgeschwindigkeit berücksichtigt. Kurven entsprechend unterschiedliche Bedeutungen Krümmungsradien (1, 2, 5 usw.) werden durch durchgezogene (Winter) und gestrichelte (Sommer) Linien angegeben. Das Zeichen oo bedeutet, dass die Isobaren gerade sind. Wenn der Krümmungsradius 15° überschreitet, ist es normalerweise nicht erforderlich, die Krümmung bei den Berechnungen zu berücksichtigen. Entlang der Abszissenachse, die die Tasten III und IV trennt, wird die Windgeschwindigkeit W für einen bestimmten Punkt bestimmt.

Im Quadranten IV gibt es Kurven, die es ermöglichen, die Höhe der sogenannten signifikanten Wellen (h 3H) zu bestimmen, die eine Wahrscheinlichkeit von 12,5 % haben, basierend auf Windgeschwindigkeit, Beschleunigung oder Dauer der Windeinwirkung.

Wenn es möglich ist, bei der Bestimmung der Wellenhöhe nicht nur Daten zur Windgeschwindigkeit, sondern auch zur Beschleunigung und Dauer des Windes heranzuziehen, erfolgt die Berechnung anhand der Beschleunigung und Dauer des Windes (in Stunden). Dazu senken wir ab Quadrant III des Nomogramms die Senkrechte nicht auf die Beschleunigungskurve, sondern auf die Winddauerkurve (6 oder 12 Stunden). Aus den erhaltenen Ergebnissen (in Bezug auf Beschleunigung und Dauer) wird der kleinere Wert der Wellenhöhe genommen.

Die Berechnung mit dem vorgeschlagenen Nomogramm kann nur für Gebiete der „Tiefsee“ durchgeführt werden, d. h. für Gebiete, in denen die Meerestiefe nicht weniger als die halbe Wellenlänge beträgt. Wenn die Beschleunigung 500 km überschreitet oder die Winddauer 12 Stunden überschreitet, wird die Abhängigkeit der Wellenhöhe vom Wind entsprechend den Meeresbedingungen verwendet (verdickte Kurve im Quadranten IV).

Um die Höhe der Wellen an einem bestimmten Punkt zu bestimmen, müssen daher die folgenden Operationen durchgeführt werden:

A) Finden Sie den Krümmungsradius der Isobare R, die durch einen bestimmten Punkt oder in dessen Nähe verläuft (mithilfe eines Kompasses nach Auswahl). Der Krümmungsradius von Isobaren wird nur bei Zyklonkrümmung (bei Zyklonen und Trögen) bestimmt und in Meridiangraden ausgedrückt;

B) Bestimmen Sie die Druckdifferenz n, indem Sie den Abstand zwischen benachbarten Isobaren im Bereich des ausgewählten Punktes messen;

C) anhand der gefundenen Werte von R und n ermitteln wir je nach Jahreszeit die Windgeschwindigkeit W;

D) Wenn wir die Windgeschwindigkeit W und die Beschleunigung D oder die Dauer des Windes (6 oder 12 Stunden) kennen, ermitteln wir die Höhe signifikanter Wellen (h 3H).

Die Beschleunigung wird wie folgt ermittelt. Von jedem Punkt, für den die Wellenhöhe berechnet wird, wird eine Stromlinie gegen den Wind gezeichnet, bis sich ihre Richtung gegenüber der ursprünglichen um einen Winkel von 45° ändert oder das Ufer oder die Eiskante erreicht. Dies ist ungefähr die Beschleunigung oder der Weg des Windes, entlang dessen sich Wellen bilden sollten, die an einem bestimmten Punkt ankommen.

Als Dauer der Windeinwirkung wird die Zeit definiert, in der die Windrichtung unverändert bleibt oder um nicht mehr als ±22,5° vom Original abweicht.

Nach dem Nomogramm in Abb. 26a können Sie die Wellenhöhe aus einer Karte des Oberflächendruckfeldes ermitteln, auf der Isobaren durch 5 mbar eingezeichnet sind. Werden die Isobaren durch 8 mbar gezogen, so ergibt sich das in Abb. 26 v.

Die Wellenperiode und -länge kann aus Windgeschwindigkeits- und Wellenhöhendaten berechnet werden. Eine ungefähre Berechnung der Wellenperiode kann anhand der Grafik (Abb. 27) erfolgen, die den Zusammenhang zwischen den Perioden und der Höhe der Windwellen bei verschiedenen Windgeschwindigkeiten (W) zeigt. Die Wellenlänge wird durch ihre Periode und die Meerestiefe an einem bestimmten Punkt gemäß der Grafik (Abb. 28) bestimmt.