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风生浪

/wind generated waves/
条目作者王展

王展

最后更新 2022-01-20
浏览 195
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当风吹过水面时,形成细小的涟漪,这些波纹呈指数增长,形成完全发展的波浪的过程。

英文名称
wind generated waves
所属学科
力学

导致涟漪形成的因素有两个:压力效应和剪切效应。解释波浪增长的两个主要理论为O.M.菲利普斯的共振理论和J.W.迈尔斯的剪切不稳定性理论。菲利普斯的共振理论认为,风场中的湍流涡旋在水面上施加波动的压力;压力波动的大小和频率不同,并在一定的速度范围内向前移动;压力波动导致水面波动的发展和增长,其关键在于向前移动的压力波动和以相同速度传播的自由表面波之间发生共振。迈尔斯则基于无黏的奥尔-索末菲方程,提出了由湍流风切变流产生表面波浪的理论。他发现从风到水面的能量转移与特定点处风速剖面的曲率成正比,而这一点正是平均风速与波浪传播速度相等的点。由于风速剖面与水面成对数关系,因此该点处曲率为负,即表明风将其动能传递到水面,且选择性地放大陡波。

一般来说,风生浪是多个机制共同作用的结果。湍流风在海面形成随机的压力波动,导致波长约为几厘米的波纹产生(菲利普斯理论)。风继续作用在涟漪上,使得波浪变大,进而造成压差增大、增长率变大。随后,剪切不稳定性以指数形式加速波的增长(迈尔斯理论)。最后,表面波之间的相互作用将由迈尔斯机制产生的短波的能量传递给波长较长的波。

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