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海洋科普(1876)|海浪的折射、绕射和反射

更新时间:2023-09-29 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

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海浪的折射、绕射和反射W3w物理好资源网(原物理ok网)

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海浪的折射W3w物理好资源网(原物理ok网)

海浪传播时因水的深度变化而不断改变传播方向的现象。这些现象主要发生于岩礁浅水中。当海浪在深度大于其波长的一半的水底传播时,声速c随深度的增大而减小。对周期一定的简单波动来说,其声速随着深度的减小而减小。当波峰线和等深线不平行时,同一波峰线上各点的水深不同,坐落较深处一端的波峰的联通速率,小于较浅处一端的联通速率,使波峰线弯转,其弯转的方向有使波峰线逐步和等深线平行的趋势,与波峰线垂直的波向线也骤然发生弯转。W3w物理好资源网(原物理ok网)

研究海浪的折射现象,有许多实际意义,由于浅海带波高的估算,波浪破碎带的确定,泥沙输送的研究和海岸防护举措的制定等,都和浅海带的海浪折射现象有密切关系。W3w物理好资源网(原物理ok网)

研究海浪折射时,通常采用两种不同的途径:①把实际的岩礁海浪具象成某种规则的特点波,借助液体波动理论的结果剖析此特点波的折射;②把实际海浪看作是由许多组成波叠加而成,通过剖析各组成波的折射,求得折射后的谱或折射后的统计性质。W3w物理好资源网(原物理ok网)

对于频度单一的规则波动,折射时所遵守的规律和光折射时所遵守的规律类似。海浪总是顺着需时最短的路径传播的。按照这一原理,可以导入确定波向线变化的微分等式。在实际工作中,往往须要勾画海浪折射图,即对于深度分布已知的浅海水域,给定水域边沿处波浪的周期和方向光的折射现象图片,然后按照折射理论绘出水域内的波向线(和波峰线)的图。W3w物理好资源网(原物理ok网)

假如把海浪看成是由许多组成波叠加而成,则折射的问题就归结为怎么求得折射后的谱。通常可先剖析各组成波折射后的方向和能量,从而求得折射后的谱;也可以从能量平衡多项式出发,直接解出折射后的谱。这些谱决定了折射后的海浪的统计性质。W3w物理好资源网(原物理ok网)

折射是一种复杂的波动现象,除地形的影响外,许多其他诱因,如磨擦、水流、风、非线性效应等,都能影响海浪的折射。W3w物理好资源网(原物理ok网)

海浪的绕射W3w物理好资源网(原物理ok网)

光的折射现象图片_光的折射现象图片_光的折射现象图片W3w物理好资源网(原物理ok网)

当海浪在传播过程中碰到路堤或岛屿等障碍物时,可以“绕”过这种障碍物而传到它们的几何掩蔽区内,这就是海浪的绕射。研究海浪的绕射现象,对于海港的设计和建筑有重要的意义,由于港内的泊稳条件同海浪的绕射有着密切的关系。研究绕射经常借用光学、声学、电磁学中处理绕射现象的手段,即通过求解满足绕射边界条件的液体波动微分多项式,而求得掩蔽区内部和外部的波动要素。如把海浪看作由许多组成波构成的波动,则须要通过各组成波绕射的估算,求得绕射后的谱和绕射后的统计性质。另外,也可通过模型试验和现场观测来研究绕射规律。W3w物理好资源网(原物理ok网)

在实际工作中,常对几种典型的掩蔽物(如单堤、双堤等)勾画出绕射图解。依靠于此类图解,可以便捷地估算出海浪在掩蔽区内部和外部任意点处绕射后的波要素。对于形状复杂的掩蔽物,借助电子计算机数值求解掩蔽区内的绕射是一种行之有效的手段。W3w物理好资源网(原物理ok网)

海浪的反射W3w物理好资源网(原物理ok网)

海浪在传播过程中碰到障碍物时,除发生绕射外,还可以形成反向传播的现象,称为海浪的反射。海浪的反射波和原先的入射波叠加在一起,有时可以在障碍物后面产生串扰,其振幅可达原入射波振幅的两倍。为此,在决定这种建筑物的标高和硬度时,必须考虑反射现象。另外,港内海浪的反射,可降低港内海面的震动,不利于船舶的停靠和作业,因而决定港内建筑物的布局和结构时,也应考虑到海浪的反射,便于尽可能降低反射的影响。W3w物理好资源网(原物理ok网)

当海浪遇见理想的光滑铅直平面障壁时,会发生全反射,这时入射波与反射波的振幅相等,入射角等于反射角;但当海浪遇见实际障碍物而发生反射时,一部份能量可能以渗透波的形式溶入有孔隙的结构物内,一部份能量可能因磨擦作用,发生波面破碎等非线性效应而消耗光的折射现象图片,只有一部份能量以反射波方式反射回去,故反射波的实际波高比入射波小。假如把反射波的波高对入射波的波高的百分比定义为反射系数,则反射系数的大小决定于障碍物表面的斜度、粗糙度,障碍物的结构和透水性,入射波的要素和入射角。反射系数和这种诱因的关系是复杂的,还未能从理论上构建处理,只有一些经验成果,制成图表,供实际工作者使用。W3w物理好资源网(原物理ok网)

折射、绕射和反射经常同时出现,如将海底地形和河边反射物作为边界条件引入,直接求解所关心的区域内的流体动力学多项式,所得结果即可彰显这两者的综合作用。也有单独考虑其中的一种现象,比如采用非线性波理论的声速场、考虑侧向能通量等,但都未达到建立的程度。这三种现象的研究,一直是今后的重要课题。W3w物理好资源网(原物理ok网)

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