Хвиля(Wave, surge, sea) - утворюється завдяки зчепленню частинок рідини та повітря; ковзаючи по гладкій поверхні води, спочатку повітря створює бриж, а вже потім, діє на її похилі поверхні, поступово розвиває хвилювання водної маси. Досвід показав, що водяні частки немає поступального руху; переміщується лише вертикально. Морськими хвилями називають рух води на морській поверхні, що виникає через певні проміжки часу.

Вища точка хвилі називається гребенемабо вершиною хвилі, а найнижча точка - підошвою. Висотоюхвилі називається відстань від гребеня до її підошви, а довжинаце відстань між двома гребенями чи підошвами. Час між двома гребенями чи підошвами називається періодомхвилі.

Основні причини виникнення

У середньому висота хвилі під час шторму в океані досягає 7-8 метрів, зазвичай може розтягнутися завдовжки - до 150 метрів і до 250 метрів під час шторму.

Найчастіше морські хвилі утворюються ветром.Сила і розміри таких хвиль залежить від сили вітру, і навіть його тривалості і «розгону» - довжини шляху, у якому вітер діє на водну поверхню. Іноді хвилі, що обрушуються на узбережжя, можуть зароджуватись за тисячі кілометрів від берега. Але є ще багато інших факторів виникнення морських хвиль: це припливоутворюючі сили Місяця, Сонця, коливання атмосферного тиску, виверження підводних вулканів, підводних землетрусів, рухом морських суден.

Хвилі, які спостерігаються і в інших водних просторах, можуть бути двох пологів:

1) Вітрові, Створені вітром, що приймають після припинення дії вітру встановився характер і звані хвилями, що встановилися, або бризкою; Вітрові хвилі створюються внаслідок дії вітру (пересування повітряних мас) на поверхню води, тобто нагнітання. Причина коливальних рухів хвиль стає легко зрозумілою, якщо помітити вплив того ж вітру на поверхню пшеничного поля. Добре помітна непостійність вітрових потоків, які створюють хвилі.

2) Хвилі переміщення, або стоячі хвилі, утворюються в результаті сильних поштовхів на дні при землетрусах або збуджені, наприклад, різкою зміною тиску атмосфери. Дані хвилі звуться також одиночних хвиль.

На відміну від припливів, відливів і течій хвилі не переміщують маси води. Хвилі йдуть, але вода залишається на місці. Човен, який гойдається на хвилях, не спливає разом із хвилею. Вона зможе трохи переміститися похилою, лише завдяки силі земної гравітації. Частинки води у хвилі рухаються кільцями. Чим далі ці кільця від поверхні, тим менше вони стають і зникають зовсім. Перебуваючи в субмарині на глибині 70-80 метрів, ви не відчуєте дію морських хвиль навіть за найсильнішого шторму на поверхні.

Види морських хвиль

Хвилі можуть проходити величезні відстані, не змінюючи форми і практично не втрачаючи енергії, довго після того, як вітер, що їх викликав, вщухне. Розбиваючись об берег, морські хвилі вивільняють величезну енергію, накопичену під час подорожі. Сила хвиль, що безперервно розбиваються, по-різному змінює форму берега. Хвилі, що розливаються і накочуються, намивають берег і тому називаються конструктивними. Хвилі, що обрушуються на берег, поступово руйнують його і змивають пляжі, що захищають його. Тому вони називаються деструктивними.

Низькі, широкі, закруглені хвилі далеко від берега називаються брижами. Хвилі змушують частинки води описувати кружки, кільця. Розмір кілець зменшується із глибиною. Принаймні наближення хвилі до похилим березі частки води у ній описують дедалі більше сплющені овали. Наближаючись до берега, морські хвилі не можуть замкнути свої овали, і хвиля розбивається. На мілководді частинки води більше не можуть замкнути свої овали, і хвиля розбивається. Миси утворені з твердішої породи і руйнуються повільніше, ніж сусідні ділянки берега. Круті, високі морські хвилі підточують скелясті скелі біля основи, утворюючи ніші. Скелі часом обрушуються. Згладжена хвилями тераса – це все, що залишається від зруйнованих морем скель. Іноді вода піднімається вертикальними тріщинами в скелі до вершини і виривається на поверхню, утворюючи воронку. Руйнівна сила хвиль розширює тріщини у скелі, утворюючи печери. Коли хвилі підточують скелю з двох сторін, доки не з'єднаються в проломі, утворюються арки. Коли верх арки падає у море, залишаються кам'яні стовпи. Їхні підстави підточуються, і стовпи обрушуються, утворюючи валуни. Галька та пісок на пляжі – це результат ерозії.

Деструктивні хвилі поступово розмивають берег і забирають пісок і гальку з морських пляжів. Обрушуючи весь тягар своєї води та змитого матеріалу на схили та обриви, хвилі руйнують їхню поверхню. Вони втискають воду та повітря в кожну тріщину, кожну ущелину, часто з енергією вибуху, поступово поділяючи та послаблюючи скелі. Уламки скель, що відкололися, використовуються для подальшого руйнування. Навіть найтвердіші скелі поступово знищуються, і суходіл на березі змінюється під дією хвиль. Хвилі можуть руйнувати морський берег із разючою швидкістю. У графстві Лінкольншир, в Англії, ерозія (руйнування) насувається зі швидкістю 2 м на рік. З 1870 р., коли було збудовано найбільший у США маяк на мисі Гаттерас, море змило пляжі на 426 м у глибину узбережжя.

Цунамі

Цунамі- Це хвилі величезної руйнівної сили. Вони викликаються підводними землетрусами чи виверженнями вулканів і можуть перетинати океани швидше, ніж реактивний літак: 1000 км/год. У глибоких водах вони можуть бути нижчими за один метр, але, наближаючись до берега, уповільнюють свій біг і виростають до 30-50 метрів, перш ніж обрушитися, затоплюючи берег і змітаючи все на своєму шляху. 90% усіх зареєстрованих цунамі зазначено у Тихому океані.

Найпоширеніші причини.

Близько 80% випадків зародження цунамі є підводні землетруси. Під час землетрусу під водою відбувається взаємне зміщення дна по вертикалі: частина дна опускається, а частина піднімається. На поверхні води відбуваються коливальні рухи по вертикалі, прагнучи повернутися до вихідного рівня - середнього рівня моря - і породжує серію хвиль. Не кожен підводний землетрус супроводжується цунамі. Цунамігенним (тобто цунамі, що породжує хвилю) зазвичай є землетрус з неглибоко розташованим вогнищем. Проблема розпізнавання цунамігенності землетрусу досі не вирішена, і попередження орієнтуються на магнітуду землетрусу. Найбільш сильні цунамі генеруються у зонах субдукції. Також, щоб підводний поштовх увійшов у резонанс з хвильовими коливаннями.

Зсуви. Цунами такого типу виникають частіше, ніж це оцінювали у ХХ столітті (близько 7 % усіх цунамі). Найчастіше землетрус викликає зсув і він генерує хвилю. 9 липня 1958 року внаслідок землетрусу на Алясці в бухті Литуйя виник зсув. Маса льоду і земних порід обрушилася з висоти 1100 м. Утворилася хвиля, що досягла на протилежному березі бухти висоти понад 524 м. Подібні випадки досить рідкісні і не розглядаються як зразок. Але набагато частіше відбуваються підводні зсуви у дельтах річок, які не менш небезпечні. Землетрус може бути причиною зсуву і, наприклад, в Індонезії, де дуже велике шельфове осадонакопичення, зсувні цунамі особливо небезпечні, оскільки трапляються регулярно, викликаючи локальні хвилі заввишки більше 20 метрів.

Вулканічні виверженнястановлять приблизно 5% всіх випадків цунамі. Великі підводні виверження мають такий самий ефект, як і землетруси. При сильних вулканічних вибухах утворюються як хвилі від вибуху, але вода також заповнює порожнини від вивергнутого матеріалу чи навіть кальдеру, у результаті виникає довга хвиля. Класичний приклад – цунамі, що утворилося після виверження Кракатау у 1883 році. Величезні цунамі від вулкана Кракатау спостерігалися в гаванях усього світу і знищили понад 5000 кораблів, загинуло близько 36 000 людей.

Ознаки появи цунамі.

• Раптовий швидкийвідхід води від берега на значну відстань та осушення дна. Що далі відступило море, то вищими можуть бути хвилі цунамі. Люди, які знаходяться на березі і не знають про небезпеки, можуть залишитися з цікавості або для збирання риби та черепашок. В даному випадку необхідно якнайшвидше покинути берег і відійти від нього на максимальну відстань - таким правилом слід керуватися, перебуваючи, наприклад, в Японії, на узбережжі Індоокеанському Індонезії, Камчатці. У випадку телецунамі хвиля зазвичай підходить без відступу води.
• Землетрус. Епіцентр землетрусу знаходиться, як правило, в океані. На березі землетрус зазвичай набагато слабший, а часто його немає взагалі. У цунамонебезпечних регіонах є правило, що якщо відчувається землетрус, то краще піти далі від берега і при цьому забратися на пагорб, таким чином заздалегідь підготуватися до хвилі.
• Незвичайний дрейфльоду та інших плаваючих предметів, утворення тріщин у припаї.
• Величезні викидиу кромок нерухомого льоду та рифів, утворення товчки, течій.

Хвилі-вбивці

Хвилі-вбивці(Блукаючі хвилі, хвилі-монстри, freak wave - аномальна хвиля) - гігантські хвилі, що виникають в океані, заввишки більше 30 метрів, мають невластиву для морських хвиль поведінку.

Ще якихось 10-15 років тому вчені вважали історії моряків про велетенські хвилі-вбивці, які виникають з нізвідки і топлять кораблі, лише морським фольклором. Довгий час блукаючі хвилівважалися вигадкою, тому що вони не вкладалися в жодну існуючу на той час математичні моделі розрахунків виникнення та їх поведінки, тому що хвилі заввишки більше 21 метра в океанах планети Земля не можуть існувати.

Один із перших описів хвилі-монстра відноситься до 1826 року. Її висота була понад 25 метрів і помітили її в Атлантичному океані неподалік Біскайської затоки. Цьому повідомленню ніхто не повірив. А в 1840 році мореплавець Дюмон д'Юрвіль ризикнув з'явитися на засідання Французького географічного товариства і заявити, що на власні очі бачив 35-метрову хвилю. Присутні підняли його на сміх. штормі, і своєю крутістю схожі на стрімкі стіни води, ставало все більше.

Історичні свідчення "хвиль-вбивць"

Так, 1933 року корабель ВМС США "Рамапо" потрапив у шторм у Тихому океані. Сім діб корабель кидало хвилями. А вранці 7 лютого позаду раптово підкрався неймовірної висоти вал. Спочатку судно шпурнуло в глибоку прірву, а потім підняло майже вертикально на гору пінистої води. Екіпаж, якому пощастило вижити, зафіксував висоту хвилі – 34 метри. Рухалася вона із швидкістю 23 м/сек, або 85 км/год. Поки що це вважається найвищою колись виміряною хвилею-вбивцею.

Під час Другої світової війни, в 1942 році, лайнер "Королева Марія" віз 16 тис. американських військових з Нью-Йорка до Великобританії (між іншим, рекорд за кількістю людей, що перевозяться на одному судні). Зненацька виникла 28-метрова хвиля. "Верхня палуба була на звичайній висоті, і раптом - раз! - Вона різко пішла вниз", - згадував доктор Норвал Картер, що знаходився на борту злощасного корабля. Корабель нахилився під кутом 53 градуси - якби кут становив хоча б на три градуси більше, загибель була б неминучою. Історія "Королеви Марії" лягла в основу голлівудського фільму "Посейдон".

Однак 1 січня 1995 року на нафтовій платформі «Дропнер» у Північному морі біля узбережжя Норвегії була вперше приладово зафіксована хвиля заввишки 25,6 метра, названа хвилею Дропнера. Проект "Максимальна хвиля" дозволив по-новому переглянути причини загибелі суховантажних суден, які перевозили контейнери та інші важливі вантажі. Подальші дослідження зафіксували за три тижні по всій земній кулі понад 10 одиночних гігантських хвиль, висота яких перевищувала 20 метрів. Новий проект отримав назву Wave Atlas (Атлас хвиль), в якому передбачається складання всесвітньої карти хвиль-монстрів, що спостерігалися, і її подальшу обробку і доповнення.

Причини виникнення

Існує кілька гіпотез про причини виникнення екстремальних хвиль. Багато хто з них позбавлений здорового глузду. Найбільш прості пояснення побудовані на аналізі простої суперпозиції хвиль різної довжини. Оцінки, однак, показують, що ймовірність екстремальних хвиль у такій схемі виявляється замалою. Інша заслуговує на увагу гіпотеза передбачає можливість фокусування хвильової енергії в деяких структурах поверхневих течій. Ці структури, проте, занадто специфічні у тому, щоб механізм фокусування енергії міг пояснити систематичне виникнення екстремальних хвиль. Найбільш достовірне пояснення виникнення екстремальних хвиль має ґрунтуватися на внутрішніх механізмах нелінійних поверхневих хвиль без залучення зовнішніх факторів.

Цікаво, що такі хвилі можуть бути як гребенями, так і западинами, що підтверджується очевидцями. Подальше дослідження приваблює ефекти нелінійності у вітрових хвилях, здатні спричиняти утворення невеликих груп хвиль (пакетів) чи окремих хвиль (солітонів), здатних проходити великі відстані без значної зміни своєї структури. Подібні пакети також неодноразово спостерігалися практично. Характерними рисами таких груп хвиль, що підтверджують цю теорію, є те, що вони рухаються незалежно від іншого хвилювання і мають невелику ширину (менше 1 км), причому висоти різко спадають по краях.

Втім, повністю прояснити природу аномальних хвиль поки що не вдалося.

Хвилі, які ми звикли бачити на поверхні моря, утворюються головним чином під дією вітру. Однак хвилі можуть виникати і з інших причин, вони тоді називаються;

Припливні, що утворюються під дією припливоутворюючих сил Місяця та Сонця;

Баричні, що виникають за різких змін атмосферного тиску;

сейсмічні (цунамі), що утворюються в результаті землетрусу або виверження вулканів;

Корабельні, що виникають під час руху судна.

Вітрові хвилі є переважаючими на поверхні морів та океанів. Хвилі припливні, сейсмічні, баричні та корабельні істотного впливу на плавання суден у відкритому океані не надають, тому на їхньому описі ми зупинятися не будемо. Вітрове хвилювання - один з основних гідрометеорологічних факторів, що визначають безпеку та економічну ефективність мореплавання, оскільки хвиля, набігаючи на судно, обрушується на нього, розгойдує, б'є в борт, заливає палуби та надбудови, зменшує швидкість ходу. Качка створює небезпечні крени, ускладнює визначення місця судна і сильно виснажує команду. Крім втрати швидкості, хвилювання викликає нишпорення та ухилення судна із заданого курсу, і для утримання його потрібна постійна перекладка керма.

Вітровим хвилюванням називається процес формування, розвитку та поширення викликаних вітром хвиль на поверхні моря. Вітровому хвилюванню притаманні дві основні риси. Перша риса - нерегулярність: невпорядкованість розмірів та форм хвиль. Одна хвиля не повторює іншу, за великою може йти мала, а може і ще більша; кожна окрема хвиля постійно змінює свою форму. Гребені хвиль переміщаються у напрямі вітру, а й у інших напрямах. Така складна структура обуреної поверхні моря пояснюється вихровим, турбулентним характером вітру, що утворює хвилі. Друга риса хвилювання полягає у швидкій мінливості його елементів у часі та просторі та пов'язана також з вітром. Однак розміри хвиль залежать не тільки від швидкості вітру, важливе значення має тривалість його дії, площа та конфігурація водної поверхні. З погляду практики немає необхідності знати елементи кожної окремо взятої хвилі чи кожного хвильового коливання. Тому вивчення хвилювання зводиться зрештою до виявлення статистичних закономірностей, які чисельно виражаються залежностями між елементами хвиль і визначальними чинниками.

3.1.1. Елементи хвиль

Загальними елементами хвиль є (рис. 25):

Вершина – найвища точка гребеня хвилі;

Підошва - найнижча точка улоговини хвилі;

Висота (h) – перевищення вершини хвилі;

Довжина (Л)-горизонтальна відстань між вершинами двох суміжних гребенів на хвильовому профілі, проведеному в генеральному напрямі поширення хвиль;

Період (т) – інтервал часу між проходженням двох суміжних вершин хвиль через фіксовану вертикаль; іншими словами, це проміжок часу, протягом якого хвиля проходить відстань, що дорівнює своїй довжині;

Крутизна (е) – відношення висоти цієї хвилі до її довжини. Крутизна хвилі у різних точках хвильового профілю різна. Середня крутість хвилі визначається ставленням:

Мал. 25. Основні елементи хвиль.

Фронт хвилі - лінія на плані схвильованої поверхні, що проходить по вершинах гребеня даної хвилі, які визначаються безліччю хвильових профілів, проведених паралельно генеральному напрямку поширення хвиль.

Для мореплавання найбільше значення мають такі елементи хвиль, як висота, період, довжина, крутість і генеральний напрямок переміщення хвиль. Всі вони залежать від параметрів вітрового потоку (швидкості та напрямки вітру), його протяжності (розгону) над морем та тривалості його дії.

Залежно від умов утворення та поширення вітрові хвилі можна поділити на чотири типи.

Вітрові - система хвиль, що у момент спостереження під впливом вітру, яким вона викликана. Напрями поширення вітрових хвиль і вітру на глибокій воді зазвичай збігаються або ж відрізняються не більше ніж на чотири румби (45 °).

Вітрові хвилі характерні тим, що підвітряний схил їх крутіший, ніж навітряний, тому верхівки гребенів зазвичай завалюються, утворюючи піну, або навіть зриваються сильним вітром. При виході хвиль на мілководді та підході їх до берега напрями поширення хвиль та вітру можуть відрізнятися більш ніж на 45 °.

Зиб - спричинені вітром хвилі, що розповсюджуються в області хвилеутворення після ослаблення вітру та/або зміни його напрямку, або спричинені вітром хвилі, що прийшли з області хвилеутворення в іншу область, де віє вітер з іншою швидкістю та/або іншим напрямом. Індивідуальний випадок зиби, що розповсюджується за відсутності вітру зветься мертвої хиби.

Змішані - хвилювання, що утворюється внаслідок взаємодії вітрових хвиль та зиби.

Трансформація вітрових хвиль – зміна структури вітрових хвиль за зміни глибини. У цьому випадку форма хвиль спотворюється, вони стають крутішими і коротшими і при невеликій глибині, що не перевищує висоти хвилі, гребені останніх перекидаються, і хвилі руйнуються.

За своїм зовнішнім виглядом вітрові хвилі характеризуються різними формами.

Грябина - початкова форма розвитку вітрового хвилювання, що виникає під дією слабкого вітру; гребені хвиль при брижі нагадують луску.

Тривимірне хвилювання - сукупність хвиль, середня довжина гребеня яких у кілька разів перевищує середню довжину хвилі.

Регулярне хвилювання - хвилювання, в якому форма та елементи всіх хвиль однакові.

Товча - безладне хвилювання, що виникає внаслідок взаємодії хвиль, що біжать у різних напрямках.

Хвилі, що розбиваються над банками, рифами чи камінням, звуться бурунів. Хвилі, що обрушуються у прибережній зоні, називаються прибоєм. Біля крутих берегів і портових споруд прибій має форму скидання.

Хвилі на поверхні моря поділяються на вільні, коли сила, що викликала їх, припиняє діяти і хвилі вільно переміщуються, і вимушені, коли дія сили, що викликала утворення хвиль, не припиняється.

По мінливості елементів хвиль у часі їх поділяють на які встановилися, т. е, вітрове хвилювання, у якому статистичні характеристики хвиль не змінюються у часі, і що розвиваються чи згасають - які змінюють свої елементи у часі.

За формою хвилі діляться на двомірні - сукупність хвиль, середня довжина гребеня яких у багато разів більша за середню довжину хвиль, тривимірні - сукупність хвиль, середня довжина гребеня яких у кілька разів перевищує довжину хвиль, і відокремлені, що мають тільки куполоподібний гребінь без підошви.

Залежно від відношення довжини хвилі до глибини моря хвилі поділяються на короткі, довжина яких значно менша за глибину моря, і довгі, довжина яких більша за глибину моря.

За характером переміщення форми хвилі вони бувають поступальні, які мають спостерігається видиме переміщення форми хвилі, і стоячі - які мають переміщення. По тому, як розташовуються хвилі, їх поділяють на поверхневі та внутрішні. Внутрішні хвилі утворюються на тій чи іншій глибині поверхні розділу між шарами води різної щільності.

3.1.2. Методи розрахунку елементів хвиль

Обертальний рух послідовно розташованих частинок води, зрушених на фазовий кут у початковий момент руху, створює видимість поступального руху: окремі частинки рухаються замкнутими орбітами, у той час як профіль хвилі переміщається поступально в напрямку вітру. Трохоїдальна теорія хвиль дозволила математично обґрунтувати будову окремих хвиль і зв'язати між собою їх елементи. Були отримані формули, що дозволяють розрахувати окремі елементи хвиль

Слід зазначити, що триоїдальна теорія хвиль справедлива лише для правильних двовимірних хвиль, які спостерігаються у разі вільних вітрових хвиль – зиби. При тривимірному вітровому хвилюванні орбітальні шляхи частинок є замкнутими круговими орбітами, оскільки під впливом вітру виникає горизонтальне перенесення вод лежить на поверхні моря у напрямі поширення хвилі.

Трохоїдальна теорія морських хвиль не розкриває процесу їх розвитку та згасання, а також механізму передачі енергії від вітру до хвилі. Тим часом, вирішення саме цих питань необхідне для одержання надійних залежностей для розрахунку елементів вітрових хвиль.

Тому розвиток теорії морських хвиль пішов шляхом розробки теоретичних та емпіричних зв'язків між вітром і хвилюванням з урахуванням різноманітності реальних морських вітрових хвиль та нестаціонарності явища, тобто з урахуванням їх розвитку та згасання.

У загальному вигляді формули для розрахунку елементів вітрових хвиль можуть бути виражені у вигляді функції від кількох змінних

H, t, Л, C = f (W, D t, H),

Де W – швидкість вітру; D - розгін, t - тривалість дії вітру; Н – глибина моря.

Для мілководних районів морів для розрахунку висоти та довжини хвиль можна використовувати залежності

А = 0,0151H 0,342; z = 0,104H 0,573.

Для відкритих районів морів елементи хвиль, забезпеченість висот яких становить 5%, та середні значення довжини хвиль розраховуються за залежністю:

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

Л = 0,3lW 0,66D 0,64A.

Коефіцієнт А обчислюється за формулою

У Державному океанографічному інституті на підставі спектральної статистичної теорії хвилювання були отримані графічні зв'язки між елементами хвиль та швидкістю вітру, тривалістю його дії та довжиною розгону. Ці залежності слід вважати найбільш надійними, що дають прийнятні результати, на основі яких у Гідрометцентрі СРСР (В. С. Красюк) було побудовано номограми для розрахунку висоти хвиль. Номограма (рис. 26) розділена на чотири квадранти (I-IV) і складається із серії графіків, розташованих у певній послідовності.

У квадранті I (відлік ведеться з нижнього правого кута) номограми дана градусна сітка, кожне поділ якої (по горизонталі) відповідає 1° меридіана на даній широті (від 70 до 20° пн. ш.) для карт масштабу 1:15 000000 полярної проекції. Градусна сітка необхідна для перекладу відстані між ізобарами п і радіусу кривизни ізобар R, виміряних на картах іншого масштабу, в масштаб 1:15 000000. У цьому випадку ми визначаємо відстань між ізобарами п і радіус кривизни ізобар R у градусах меридіана на даній широті. Радіус кривизни ізобар R - радіус Кільця, з якою ділянка ізобари, що проходить через точку, для якої ведеться розрахунок, або поблизу неї має найбільший дотик. Визначається він за допомогою вимірювача шляхом підбору таким чином, щоб дуга, проведена із знайденого центру, збігалася з даною ділянкою ізобари. Потім на градусній сітці відкладаємо виміряні величини на даній широті, виражені в градусах меридіана, і розчином циркуля визначаємо радіус кривизни ізобар і відстань між ізобарами, що відповідає масштабу 1:15000000.

Мал. 26. Номограма для розрахунку елементів хвиль та швидкості вітру по картах приземного поля тиску, де ізобари проведені з інтервалом 5 мбар (а) та 8 мбар (б). 1 – зима, 2 – літо.

У квадранті IV розташовані криві, що дозволяють за швидкістю вітру, розгону чи тривалості дії вітру визначати висоту про значних хвиль (h 3H), мають забезпеченість 12,5%.

Якщо є можливість щодо висоти хвиль використовувати як дані про швидкість вітру, а й про розгоні і тривалості дії вітру, розрахунок виконується по розгону і тривалості дії вітру (у годинах). Для цього з квадранту III номограми опускаємо перпендикуляр не до кривої розгону, а до кривої тривалості дії вітру (6 або 12 год). З отриманих результатів (по розгону та тривалості) береться менше значення висоти хвилі.

Розрахунок за допомогою запропонованої номограми можна проводити лише для районів «глибокого моря», тобто для районів, де глибина моря не менше половини довжини хвилі. При розгоні, що перевищує 500 км, або тривалості дії вітру більше 12 год використовується залежність висот хвиль від вітру, що відповідає океанським умовам (потовщена крива в квадранті IV).

Таким чином, для визначення висоти хвиль у цій точці необхідно виконати такі операції:

А) знайти радіус кривизни ізобари R, що проходить через цю точку або поблизу неї (за допомогою циркуля шляхом підбору). Радіус кривизни ізобар визначається лише у разі циклонічної кривизни (у циклонах та улоговинах) і виражається у градусах меридіана;

Б) визначити різницю тиску шляхом вимірювання відстані між сусідніми ізобарами в районі обраної точки;

В) за знайденими значеннями R і п залежно від пори року знаходимо швидкість вітру W;

Г) знаючи швидкість вітру W та розгін D або тривалість дії вітру (6 або 12 год), знаходимо висоту значних хвиль (h 3H).

Розгін знаходиться в такий спосіб. Від кожної точки, на яку ведеться розрахунок висоти хвиль, у бік проти вітру проводиться лінія струму до того часу, поки її напрям не зміниться стосовно початковому на кут 45° або досягне берега, чи кромки льоду. Приблизно це буде розгін або шлях вітру, протягом якого повинні формуватися (хвилі, що приходять в дану точку).

Тривалість дії вітру визначається як час, протягом якого напрям вітру незмінний або відхиляється від початкового не більше ніж на ±22,5°.

За номограмою на рис. 26 можна визначити висоту хвилі по карті приземного поля тиску, на якій ізобари проведені через 5 мбар. Якщо ізобари проведені через 8 мбар, слід використовувати номограму, наведену на рис. 26 б.

Період і довжину хвилі можна розрахувати за даними про швидкість вітру і висоту хвилі. Наближений розрахунок періоду хвиль може бути зроблений за графіком (рис. 27), на якому представлена ​​залежність між періодами та висотою вітрових хвиль при різних швидкостях вітру (W). Довжина хвиль визначається за її періодом та глибиною моря в даній точці за графіком (рис. 28).

Багато природних явищ людина сприймає як самі собою зрозумілі. Ми звикли до літа, осені, зими, дощу, снігу, хвиль і не замислюємося про причини. І все-таки, чому в морі утворюються хвилі? Чому на водній гладі з'являється бриж навіть у повний штиль?

Походження

Є кілька теорій, що пояснюють виникнення морських та океанічних хвиль. Вони утворюються через:

• перепадів атмосферного тиску;
• припливів та відливів;
• підводних землетрусів та вулканічних вивержень;
• рухи суден;
• сильний вітер.

Щоб зрозуміти механізм освіти, треба згадати, що вода хвилюється і коливається вимушено – внаслідок фізичної дії. Галька, човен, рука, що торкнулася її, наводять рідку масу в рух, створюючи коливання різної сили.

Характеристики

Хвилі – це також рух води поверхнею водойми. Вони є результатом зчеплення частинок повітря та рідини. Спочатку водно-повітряний симбіоз викликає бриж на поверхні води, а потім змушує рухатися водні товщі.

Розмір, довжина та сила змінюються, залежно від сили вітру. Під час шторму потужні стовпи піднімаються на 8 метрів і розтягуються завдовжки майже на чверть кілометра.

Іноді сила настільки руйнівна, що обрушується на прибережну смугу, вириває з коренем парасольки, душові та інші пляжні будівлі, зносить все на своєму шляху. І це при тому, що формуються коливання за кілька тисяч кілометрів від берега.

Усі хвилі можна розділити на 2 категорії:

• вітрові;
• стоячі.

Вітрові

Вітрові, як випливає з назви, утворюються під впливом вітру. Його пориви проносяться дотичною, нагнітаючи воду і змушуючи її рухатися. Вітер підштовхує рідку масу вперед, але сила тяжіння гальмує процес, штовхаючи її назад. Рухи на поверхні, що виникають внаслідок впливу двох сил, нагадують підйоми та спуски. Їхні вершини називаються гребенями, а основи – підошвами.

З'ясувавши, чому утворюються на морі хвилі, відкритим залишилося питання про те, чому вони здійснюють коливальні рухи вгору та вниз? Пояснення просте - мінливість вітру. Він то стрімко і рвучко налітає, то стихає. Висота гребеня, періодичність коливань безпосередньо залежить від його сили та потужності. Якщо швидкість переміщення та сила повітряних потоків перевищують показники норми, піднімається шторм. Ще одна причина – відновлювана енергія.

Відновлювана енергія

Іноді море повний штиль, а хвилі утворюються. Чому? Океанографи та географи пояснюють це явище відновлюваною енергією. Водні коливання є її джерелом та способи зберігати потенціал тривалий час.

У житті це виглядає приблизно так. Вітер створює певну кількість коливань у водоймі. Енергії цих вагань вистачить на кілька годин. За цей час рідкі утворення долають відстань у десятки кілометрів і «швартуються» в районах, де сонячно, немає вітру, і водоймище спокійне.

Стоячі

Стоячі чи одиночні хвилі виникають унаслідок поштовхів на океанічному дні, характерному для землетрусів, вивержень вулканів, а також через різку зміну атмосферного тиску.

Це явище називається сейші, що перекладається з французької як «розгойдуватися». Сейші характерно для бухт, заток і деяких морів, є небезпекою для пляжів, споруд у прибережній смузі, пришвартованих біля причалу кораблів і людей, що знаходяться на борту.

Конструктивні та деструктивні

Утворення, що долають великі відстані і при цьому не змінюють форму і не втрачають енергію, ударяються об берег і розбиваються. У цьому кожен накат по-різному впливає прибережну смугу. Якщо він намиває берег, класифікується як конструктивний.

Деструктивний накат води обрушується своєю міццю на узбережжі, руйнуючи його, поступово змиваючи пісок та гальку з пляжної смуги. І тут природне явище класифікується як деструктивне.

Деструкція буває різної руйнівної сили. Іноді вона настільки потужна, що обрушує схили, розколює скелі, поділяє скелі. Згодом навіть найтвердіші скелі руйнуються. Найбільший маяк Америки збудували на мисі Гаттерас у 1870 році. З того часу море просунулося майже на 430 метрів у глибину узбережжя, змивши прибережну смугу та пляжі. Це лише один із десятків фактів.

Цунамі – різновид деструктивних водних утворень, що характеризуються великою руйнівною силою. Швидкість їхнього переміщення сягає 1000 км/год. Це вище, ніж реактивний літак. На глибині висота гребеня цунамі невелика, але біля берега вони знижують швидкість, натомість нарощують висоту до 20 метрів.

У 80% випадків цунамі є наслідком підводних землетрусів, у 20% — вивержень вулканів і зсувів. Внаслідок землетрусів дно зміщується по вертикалі: одна його частина опускається, а друга – паралельно піднімається. На поверхні водойми утворюються коливання різної сили.

Аномальні вбивці

Вони також відомі як блукаючі, монстри, аномальні та більше характерні для океанів.

Ще 30-40 років тому розповіді моряків про аномальні коливання води вважали небилицями, тому що в існуючі наукові теорії та розрахунки свідчення очевидців не вкладалися. Висота 21 метр вважалася граничною для океанічних та морських коливань.

Основна причина утворення хвиль - це вітер, що дме над водою. Тому величина хвилі залежить від сили та часу його впливу. З-за вітру частки води піднімаються вгору, часом відриваючись від поверхні, але через деякий час під дією природної сили тяжіння вони неминуче опускаються вниз. Здалеку може здатися, що хвиля рухається вперед, але насправді, якщо ця хвиля, звичайно, це не цунамі, (у цунамі інша природа виникнення) вона лише опускається та піднімається. Так, наприклад, морський птах, що сів на поверхню моря, що хвилюється, гойдатиметься на хвилях, але не зрушить з місця.

Лише біля берега, там, де вже не глибоко, вода рухається вперед, накочуючись на берег. До речі по гребінцю бризок з крапель, що відірвалися, що утворюють на хвилі гребінь, досвідчені моряки визначають ступінь хвилювання моря, якщо гребінь і піна на ньому тільки стали утворюватися, значить, хвилювання море 3 бали.

Яку морську хвилю називають накатом.

Хвилі на морі можуть існувати і без вітру це цунамі, викликані природними катаклізмами на кшталт підводних вивержень вулканів, і хвиля, яку моряки називають накатом. Вона утворюється на морі після сильного шторму, коли вітер стих, але за рахунок великої маси води, що прийшла в рух від вітру і явища під назвою резонанс хвилі продовжують розгойдуватися. Потрібно помітити, що такі хвилі не набагато безпечніші за шторм і запросто можуть перекинути корабель або човен з недосвідченими мореплавцями.

Хвилі з'являються завдяки вітру. Бурі утворюють вітри, які впливають на поверхню води, в результаті чого виникає брижка Точно так само, як утворюється бриж у твоїй чашці кави після серфінгу, коли ти на нього дуєш. А сам вітер можна побачити на картах прогнозу погоди: це зони низького тиску. Чим більша їх концентрація, тим сильнішим буде вітер. Малі (капілярні) хвилі спочатку рухаються у напрямі, у якому дме вітер. Чим сильніше і довше дме вітер, тим більше його вплив на поверхню води. Згодом хвилі починають збільшуватися у розмірі. У міру того, як вітер продовжує дмухати, і породжені ним хвилі і надалі піддаються його впливу, малі хвилі починають рости. На них вітер має більший вплив, ніж на спокійну поверхню води. Розмір хвилі залежить від швидкості вітру, що її утворює. Вітер, що дме з якоюсь постійною швидкістю, зможе генерувати хвилю певних розмірів. І як тільки хвиля набуває максимально можливих розмірів при даному вітрі, вона стає «повністю сформованою». Генеровані хвилі мають різні швидкості та періоди хвилі. (Дивись докладніше у розділі хвильова термінологія) Хвилі з більшим періодом рухаються швидше і долають більші відстані, ніж їх повільніші побратими. У міру віддалення від джерела вітру (розповсюдження) хвилі утворюють лінії прибоїв (свелів), які неминуче накочують на берег. Напевно, ти вже знайомий із поняттям «wave set» (вейв сет)! Хвилі, на які більше не впливає вітер, який їх породив, називаються донними хвилями (groundswell). Це саме те, на що полюють серфери! Що впливає розмір прибою (свелла)?Є три основних фактори, що впливають на розмір хвиль у відкритому морі: Швидкість вітру – чим вона більша, тим більшою буде хвиля. Тривалість вітру – аналогічно до попереднього. Fetch (фетч, «область покриття») - знову ж таки, чим більше область покриття, тим більше утворюється хвиля. Як вплив вітру на них припиняється, хвилі починають втрачати свою енергію. Вони рухатися доти, як виступи морського дна, чи інші перешкоди з їхньої шляху (великий острів наприклад) не поглинуть всю енергію.