《中国大百科全书（第2版）》读书笔记17235-海浪

摘要：海洋中由风产生的波浪。主要包括风浪、涌浪和海洋近岸波。在不同的风速、风向和地形条件下，海浪的尺寸变化很大，通常周期为零点几秒至数十秒，波长为几十厘米至几百米，波高为几厘米至20余米，在罕见的情形下，波高可达30米以上。

海浪 ocean wave

海洋中由风产生的波浪。主要包括风浪、涌浪和海洋近岸波。在不同的风速、风向和地形条件下，海浪的尺寸变化很大，通常周期为零点几秒至数十秒，波长为几十厘米至几百米，波高为几厘米至20余米，在罕见的情形下，波高可达30米以上。

从远古以来，海浪就与人类的海上活动有密切的关系。在航海、海港建筑和造船等实践中，人类累积了大量的经验和知识。19世纪有很多杰出的数学家和力学家，曾利用液体波动理论说明海浪现象。

至于系统的海浪研究，在第二次世界大战期间才兴起。当时美国和英国有少数海洋科学工作者利用气象和地形资料预报海浪的大小，为欧洲和太平洋战场某些登陆作战提供情报。战后这种研究继续受到重视，逐步发展成为一个分支学科，它为航运、海岸工程、造船工程、海洋开发和海洋遥感等提供了海洋环境的海浪资料。

海浪研究是物理海洋学的一个重要方面，是海水运动、海水混合和小尺度海-气相互作用等研究的一个重要环节。

1. 小振幅波和有限振幅波

利用流体动力学原理可导出种种形式的液体波动，其中振幅对波长之比为小量的称为小振幅波，杏则称为有限振幅波。这些波动理论说明一部分较简单的海浪现象，可作为进一步研究海浪的基础。

小振幅波具有正弦曲线形式的波面，故又称正弦波。小振幅波的波速与无因次水深（水深和波长之比）有关：当水域的深度大于半个波长（通常视为深水）时，波速几乎只决定于波长；当水深小于1/10（有人认为1/20）波长时（通常视为浅水），波速几乎只决定于水深；当水深小于半个波长且大于1/10（或1/20）波长时，波速同时决定于波长和深度。

在深水的情形下，水质点的轨迹为圆，半径随至水面的距离按指数律减小。对于中间深度的水域，质点轨迹为椭圆，其长、短半轴随深度的增大而减小，但是两焦点间的距离不变。

在小振幅波中的水质点速度远小于波速，波动的动能和势能相等，单位切面积的铅直水柱内的平均波动能量与振幅的平方成正比。波动能量沿波向传播，其平均能流与单位切面积的铅直水柱内的总能量和波速的乘积成正比，在深水中的正比系数为0.5；在浅水中的正比系数为1。这种波动的特征和外形与规则而平缓的涌浪相近。利用正弦波的叠加，还可解释一部分海浪在传播过程中发生的变化。

有限振幅波的波面在波峰附近较陡，在波谷附近较平缓，这与实际海浪更加接近。对于浅水来说，海浪具有某些其他理论所描绘的波动（如孤立波和椭圆余弦波）特征。

2. 海浪的随机性

实际的海浪与液体波动理论所导出的波动形式不同，它的特点之一是有随机性。因为海面的风速和风向都随时随地变化，并具有随机性，海浪既然由风产生，势必反映出这种特点，故其外观通常是杂乱无章的，其波高、波长和周期等物理量都可视为随机量。

同样，海浪的内部结构也是复杂的。按照广泛应用的线性海浪理论的基本概念（即假定海浪为振幅、频率、波向和相位不同的许多正弦波叠加的结果，各组成波都具有独立的随机相位和振幅），海浪的内部结构可由海浪谱描述。从海浪谱可以计算波高和周期、可以说明海浪的内外结构和统计特征。

根据线性海浪理论，波面高度（相对于静止水面）为随机量并遵从正态分布。但是理论和观测都表明，由于非线性的影响，海浪的波面高度的概率分布不是正态的。如海浪由一窄频带内的正弦波所构成，可证明波高遵从瑞利分布，最可能值约等于平均值的0.8倍。故海面上虽同时出现各种高低不等的波，其中大多数的波高都集中在平均值附近，但是对大波的高值部分，则出现差异。海浪周期的概率分布更为集中，且几乎对称于平均周期。此外，观测表明，海浪的波长分布接近于波高的分布。

3. 研究内容和方法

海浪研究的目的，可归结为寻求海浪的生成、发展和消衰的规律。广泛研究的问题有：

①风浪的生成和成长机制。这是个很复杂的问题，经过多年的探索，虽然有所进展，但远未得到满意的解决。