13. Уровень моря. Волны в море. Постоянный в каждой точке среднемноголетний

уровень моря (поверхность геоида) принимается за исходный уровень, от которого отсчитываются

высоты на суше и глубины для бесприливных морей.
В России и большинстве других стран бывшего СССР, а также в Польше отсчет ведется   от среднемноголетнего уровня Балтийского моря, определённого от нуля Кронштадтского футштока.
Глубины и высоты в западноевропейских странах исчисляются по Амстердамскому фудштоку (замер уровня Средиземного моря делается по Марсельскому футштоку).
Для США и Канады точка отсчёта находится у канадского города Римуски, а для КНР — у города Циндао.
Для измерения и регистрации колебаний уровня моря используют водомерные рейки и мареографы.

поверхности всего Мирового океана с точностью до 5-10 см.
Это

позволяет определять отклонения уровня водной поверхности от геоида, исследовать вихревую структуру общей океанической циркуляции, обнаруживать разрушительные волны цунами задолго до их приближения к берегу, следить за приливами в зонах континентальных шельфов, штормовыми нагонами и деформациями уровня, связанными с западными пограничными течениями и их меандрами.

и не периодически: приливы, вызванные астрофизическими факторами (расположение Земли и

других космических тел, скорости вращения Земли и перемещение оси ее вращения), ветровые напряжения (проявляются в волнении, в ветровых наганах и сгонах воды у берегов), изменения атмосферного давления, отклоняющая сила вращения Земли, термодинамические силы (прогрев и охлаждение океанской воды).
Если нагреть на 10° только верхние 100 м океанской воды, уровень океана поднимется на 1 см.
Нагрев на 1° всей толщи океанской воды поднимает его уровень на 60 см. Таким образом, вследствие летнего прогрева и зимнего охлаждения уровень океана в средних и высоких широтах подвержен заметным сезонным колебаниям.
По наблюдениям японского ученого Миязаки, средний уровень моря у западного берега Японии поднимается летом и понижается зимой и весной. Амплитуда его годовых колебаний - от 20 до 40 см. Уровень Атлантического океана в северном полушарии начинает повышаться летом и достигает максимума к зиме, в южном полушарии наблюдается обратный ход среднего уровня.

океана: зональный, как следствие переноса теплых вод от экватора к

полюсам, и муссонный, как результат продолжительных сгонов и нагонов, возбуждаемых муссонными ветрами, которые дуют с моря на сушу летом и в обратном направлении зимой.
Заметный наклон уровня океана наблюдается в зонах океанских течений. Он образуется как в направлении течения, так и поперек его. Поперечный наклон на расстоянии 100-200 миль достигает 10-15 см и меняется вместе с изменениями скорости течения. Причина поперечного наклона поверхности течения - отклоняющая сила вращения Земли.
Уровень реагирует и на изменение атмосферного давления: больше давление - ниже уровень моря, меньше давление - уровень моря выше. Один миллибар давления соответствует одному сантиметру высоты уровня моря.
Не останавливаясь на значительных колебаниях уровня Мирового океана, происходивших в минувшие геологические периоды отметим, что постепенное повышение уровня океана, которое наблюдалось на протяжении XX в., равняется в среднем 1,2 мм в год.

среды создает волновые колебания, которые значительно отличаются друг от друга,

как по причинам возникновения, так и по характеру проявления.

ее гребнем.
Период волны Т - промежуток времени между прохождением

двух гребней волн через неподвижную точку.
Длина волны L – расстояние между двумя гребнями волн в направлении их распространения.
Скорость распространения отдельной волны c = L/T.
Крутизна волны ∆= Н/L.

классификации. Если в основе классификации лежит скорость распространения волн, то

их разделяют на поступательные и стоячие. Если в качестве основного признака выбран вид колебаний, говорят о свободных и вынужденных волнах. Если рассматривать морские волны с точки зрения периода, можно получить широкий спектр периодов, начиная от долей секунды до нескольких лет. Если исходить из отношения длины волны к глубине моря, получается деление на поверхностные и длинные волны.
В поступательной волне все частицы воды, находящиеся на одинаковой глубине, описывают в течение периода волны одинаковые орбитальные пути.
При стоячих волнах движение происходит иначе: все частицы воды описывают различные орбитальные пути, но фазы их движения одинаковы. Гребень и ложбина стоячей волны в горизонтальном направлении не перемещаются, а движение частиц в вертикальном направлении за период волны достигают своего максимума, образуя пучность колебания. Частицы, расположенные в середине между гребнем и ложбиной, не совершают вертикального движения, перемещаются только горизонтально; здесь расположен узел колебания.

двух поступательных волн мелкой воды с противоположным направлением;


г) стоячая волна.
Траектории

частиц в волне за время одного волнового периода

согласуются с периодов волнообразующей силы, а периоды свободных волн зависят

от размеров приведенной в движении водной массы и от трения.
Существенное различие между поверхностными и длинными волнами заключается в скорости их распространения. Скорость поверхностных волн зависит от длины волны, но не зависит от глубины моря, у длинных волн, наоборот, длина определяется глубиной моря.
У поверхностных волн длина волны меньше глубины моря. Поэтому они иногда называются «короткими» волнами, или волнами глубокого моря. Длинные волны, длина которых превышают глубину моря, называются длинными волнами или волнами мелководья.
В процессе перемещения с глубины на мелководье волны могут переходить из одного типа классификации в другой.

Следует различать скорость движения волны и орбитальную скорость движения частиц воды.

пути переходят в круговые, по которым частицы пробегают в течение

времени Т = 2π/σ = L/c , т.е. за то самое время, в течение которого волна перемещается на расстояние своей длины (где σ – частота колебаний). Радиус такого круга от поверхности убывает до глубины половины длины волны. Подобно радиусам орбитальных путей, скорости частиц воды также очень быстро убывают с глубиной. Таким образом, движение поверхностных волн ограничивается только тонким поверхностным слоем.

и поверхностного натяжения на скорость распространения одинаково. При такой длине

волны скорость достигает своего абсолютного минимума -
с = 23.1 см/с.
При длине волны меньше 1.72 см основное значение начинает приобретать поверхностное натяжение или капиллярность, такие волны называются капиллярными. Они не перемещаются (стоящие волны).
При больших длинах волн решающим является влияние силы тяжести, поэтому эти волны называются гравитационными.
Для гравитационных волн при глубине моря больше половины длины волны
с = 1.25×L м/с.
Если глубина моря мала по сравнению с длиной волны
с = g×h , h – глубина моря.

Это принципиальное различие в скорости распространения волн положено в основу указанного выше разделения на поверхностные и длинные волны.

«rogue wave» – волна-разбойник, «freak-wave» – волна-придурок, отморозок; фр. «onde

scelerate» – волна-злодейка, «galejade» – дурная шутка, розыгрыш) дают хорошее представление о существенных чертах этого природного явления, передают чувство ужаса и обречённости при встрече с такой волной в океане.
Волны-убийцы часто определяются как волны, высота которых более чем в два раза превышает значимую высоту волн (среднюю высоту одной трети самых высоких волн). Приведенное определение относится скорее к волнам аномально большой амплитуды (по сравнению со средней).
Волны-убийцы выделяются на радиолокационных снимках по аномально высокой яркости изображения, по которому при особых методах обработки может быть восстановлен профиль волны.
Настоящие «волны-убийцы», представляющие опасность для судов и морских сооружений, имеют большие абсолютные высоты.

августа 1996 г. на изображении спутника ERS-2  и восстановленный профиль

волны по алгоритму, разработанному в Немецком аэрокосмическом центре.

могут быть предсказаны в рамках теории однородных квазистационарных случайных процессов

и собственно «волны-убийцы», появление которых не описывается существующими теориями случайных процессов.
Важное обстоятельство, которое позволяет выделить феномен «волн-убийц» в отдельную научную и практическую тему и, таким образом, отделить от других явлений, связанных с волнами аномально большой амплитуды (например, цунами) – появление «волн-убийц» «из ниоткуда».
В отличие от цунами, возникающих в результате подводных землетрясений и оползней, появление «волн-убийц» не связано с катастрофическими геофизическими событиями. Эти волны могут появляться при малых ветрах и относительно слабом волнении, что приводит к идее о том, что само явление «волн-убийц» связано с особенностями динамики самих морских волн и их трансформации при распространении в океане.

с борта НИС «Академик Иоффе»

глубины океана, скорость их распространения зависит только от глубины. Амплитуды

орбитальных путей частиц воды в вертикальном направлении малы по сравнению с амплитудами в горизонтальном направлении. Все частицы, независимо от глубины их нахождения обладают одной и той же горизонтальной скоростью.
Скорость распространения свободной длинной волны имеет максимум в гребне волны в направлении ее распространения и в ложбине волны в противоположном направлении. На уровне середины волны скорость равна нулю.
Свободные длинные волны зарождаются в районе ураганов вследствие быстрых изменений атмосферного давления, а также воздействия на водную поверхность ураганных ветров. Эти волны опережают ветровые волны и волны зыби. Длинные волны образуются и при сейсмических возмущениях дна.
Непосредственно в море длинные волны изучать крайне сложно, поэтому их наблюдение и исследование организуется на островах и выступающих в море участках побережья. Для изучения распространения свободных длинных волн используют цунами, скорость распространения которых составляет 700-800 км/час, а высота – до 35 м.

океане на большие расстояния от места своего возникновения. Дословный перевод

слова «цунами» с японского означает «большая волна в гавани». Опасность, таким образом, грозит не судам в открытом океане, а прибрежным районам суши, в первую очередь портовым сооружениям, прибрежным населённым пунктам и промышленным объектам, а также судам у причала.

Среди причин образования цунами в океане выделяют: подводные землетрясения (свыше 82% всех случаев), извержения вулканов, подводные и надводные оползни и обвалы, резкие флуктуации атмосферного давления, падение метеорита или астероида в океан.

на шельфе волны замедляются, укорачиваются, высота их увеличивается, а в

прибойной зоне их высота может достигать десятков метров. Прогнозировать с достаточной точностью высоту цунами у берега современная наука пока ещё не в состоянии.

после землетрясения, и на расчетах времени прихода волны и её

высоты. Однако эффективность этих методов снижается из-за отсутствия данных о параметрах цунами в открытом океане, что повышает уровень ложных тревог.
Космические системы дистанционного зондирования Земли в радиодиапазоне позволяют обеспечить глобальный мониторинг поверхности океана вне зависимости от состояния атмосферы и времени суток с помощью радиоальтиметра.

землетрясения
26 декабря 2004 г. с помощью альтиметра на спутнике

Jason-1. Вдоль трассы спутника красным и синим цветами показаны положительные и отрицательные аномалии уровня океана, измеренные альтиметром. На карте нанесены изохроны – изолинии времени добегания волн цунами в часах; серым цветом выделен район образования цунами.

обратная волна распространяющаяся в противоположном направлении, накладываясь на прямые волны,

образует стоячие волны. В стоячих волнах наибольшие горизонтальные скорости частиц воды наблюдаются в узлах. Одноузловую волну называют сейша. Ее период зависит от формы бассейна и называется собственным или свободным колебанием системы.
При открытой бухте узловая линия обычно располагается в устье бухты. Период собственного колебания для бухты вдвое больше периода замкнутого бассейна одинаковой длины и глубины.
Период основного колебания Женевского озера – 73 мин. при длине 70 км и средней глубине 160 м.
Высокие одноузловые сейши наблюдаются в Балтийском море, что приводит к наводнениям в С.-Петербурге. Период основного колебания составляет здесь от 26.75 до 28.25 часа и колебательная система здесь не всегда одна. Такое колебательное движение водных масс наступает при вызванном ветром подпоре воды в конце бухты после прекращения ветра.

двух поступательных волн мелкой воды с противоположным направлением;


г) стоячая волна.
Траектории

частиц в волне за время одного волнового периода

водоёме при интерференции волн, отражённых от границ водоёма. Сейши характеризуются

большим периодом (от нескольких минут до десятков часов) и большой амплитудой (от единиц миллиметров до нескольких метров).
Многоузловые стоячие волны создают в бухтах и портах явление тягун.

достигает дна.
На это движение, помимо силы Кориолиса, влияет трение,

причем внутреннее трение оказывает меньшее действие, чем возникающее от неровностей дна внешнее трение.
Сложные процессы наблюдаются при трансформации поступательной волны в результате донного трения в русле реки. В некоторых реках, которые вверх по течению постепенно суживаются и при малой воде становятся мелководными, время подъема уровня при приливной волне сокращается настолько, что подъем уровня происходит скачкообразно в виде прибойной волны. Она перемещается вверх по течению крутым валообразным фронтом вдоль всей ширины реки.
Такое явление называется бором или маскаре. Небольшие боры известны на английских реках Северн и Трент и на французских реках Сена и Жиронда.
Описан особенно сильный бор в притоке Амазонки высотой до 5 м.

устойчиво стратифицированных (по плотности) водах океанов, морей и крупных пресноводных

озёр (например, в Ладожском озере).
Наиболее часто внутренние волны возбуждаются приливом около границы материкового склона, однако могут быть генерированы течением при обтекании неоднородностей дна, анемобарическими силами, воздействующими на стратифицированные водные массы (например, перемещающейся барической системой, создающей резкие колебания давления).
Описана генерация внутренних волн интрузией мощного течения, нагонами, крупными ветровыми волнами, сдвиговой неустойчивостью течений.
Высота океанских внутренних волн обычно значительно больше, чем высота типичных волн на поверхности океана. Внутренние волны в океане как правило имеют высоту 5-20 м, но иногда они достигают и больших высот.

отображаются только высокочастотные. Они имеют периоды от нескольких минут до

нескольких часов, длины этих волн – от нескольких метров до нескольких километров, фазовая скорость высокочастотных волн – несколько десятков см/с.
Внутренние волны распространяются группами (цугами) и имеют сложную структуру; каждый цуг включает до нескольких десятков волн.
Внутренние волны создают у поверхности моря поле течений, дивергентные и конвергентные компоненты которых модулируют гравитационно-капиллярные волны  и создают на морской поверхности, и соответственно на радиолокационном изображении, картину в виде квазипараллельных чередующихся (периодических) светлых (взволнованная поверхность – сулои) и тёмных (выглаженная поверхность – слики) полос.
Из средств дистанционного зондирования Земли наиболее эффективными для обнаружения и исследования внутренних волн оказались самолётные и космические радиолокационные станции бокового обзора.

снимке со спутника ERS-2 (23.06.1998).
Внутренние волны в Ладожском озере

на радиолокационном снимке КА «Алмаз-1», 26.06.1991.

волн.
Виды ветровых волн. Волны «убийцы».
Что такое сейши? Их виды, свойства

и последствия.
Внутренние волны. Причины их появления и влияние на управляемость судна.