湖泊波浪

湖水質點在外力作用下圍繞其平衡位置作周期性振動並沿一定方向傳播的現象。根據波浪的成因可分為風波和船行波等，常見的是風波。湖泊波浪可用波浪要素描述。

基本介紹

• 中文名：湖泊波浪
• 性質：波浪
• 屬性：湖泊
• 成因可分為：風波和船行波等

概述

波高，是波峰與波谷間的垂直距離；波長，為兩相鄰波峰或波谷間的水平距離；周期，為相鄰波峰（或波谷）通過同一點所需的時間；波速，為波浪中任意位相點向前傳播的速度。

發生和發展

風波的產生與發展主要取決於風速、風向、吹程和風的持續時間。湖水深度與湖泊形態也是重要因素。在起風后不久，湖面很快產生周期小於 1秒，波長只有幾厘米的漣波。此時，使水質點恢復到平衡位置的力是表面張力，故又稱表面張力波或毛細波。隨著風力的增強和作用時間的增長，漣波逐漸增大,波高迅速達到最大值，此時恢復力主要為重力,故又稱風成重力波。當風沿一個方向繼續勁吹，風波將得以足夠的發展，這時在波浪的迎風面上產生二次波；二次波又將按上述過程發展，即由漣波演變成重力波。此時波浪既不對稱於水平軸，也不對稱於垂直軸，迎風波面比背風波面平緩，在背風二次波面上又可形成三次波。風波僅限於湖泊的表層，故又稱短波或表面波。 當風足夠強時，湖面風波的波峰往往被風掀倒，同時由於空氣的滲入，形成白色的浪花,稱為白浪。當風力減弱時，風波就停止發展，僅由水質點的慣性作用,波浪仍繼續存在，並向前傳播,稱為餘波或自由波。在餘波運動過程中，波長小的波由於紊動消耗而消失，波長較大的波繼續向前傳播，並具有規則對稱二向波特性，它的波長比波高衰減得慢。全波的波長比風波的大，所以又稱餘波為長波或淺水波。當風浪或餘波傳播到岸邊時，由於湖底的摩擦和水深變小，使波能集中，波峰逐漸趕上波谷,產生波浪的傾覆和破碎,沖向岸邊,稱為拍岸浪或近濱浪。波浪破碎時動能很大,往往對湖岸產生劇烈的破壞作用。

特點

湖泊、水庫的水面寬度有限，水深較小，風浪在形狀和大小上都不同於海浪。

①湖波的形狀與正規的擺線形狀有很大不同。湖波往往是不規則的三度波。一定方向的波浪有時會被另一方向風引起的波浪覆蓋。此外，經常能觀察到波浪的干擾，產生三角浪。

②湖泊水體容積小，湖泊中的風浪能隨著風的出現而立即產生，也能隨著風的停止而迅速消失。

③湖泊中一般沒有涌浪。個別情況下大湖水面在無風時會出現餘波。伊塞克湖在完全無風時，可觀測到高 1米長10米的餘波。

④湖泊、水庫中的波浪高度比海洋中的小。小湖中波高一般不超過 0.5米。大湖中最大波高往往為3～4米，有時可達5～6米，如北美洲的蘇必利爾湖、密西根湖和休倫湖等。水庫中波高2.5～3.5米，海浪高達20米，甚至可達30米以上。湖波比海洋波浪陡，勁風時海洋上波浪平均陡度（波高與波長之比值）為1/10～1/20，長波時為 1/30或更小，而湖泊中狂風巨浪的陡度達到1/5。水庫中，隨著風力增強，波高的增長比波長的增大要快，當波高達到約 1米時，波長的增加急劇減小。波浪的這種增長導致波浪陡度的增大和穩定性的減小，當陡度約為1/7～1/8時，波峰出現白色的浪花，形成白浪。湖中風浪的傳播深度只有幾米，最大湖中則為20米或稍多些。波浪向深處實際傳播的限度可根據湖邊沙波來判斷。日內瓦湖波浪傳播深度為9米，貝加爾湖為8～10米。近代多把波浪作為隨機現象而著眼於波浪隨機特性的研究。

湖泊波浪預報和計算

根據氣象預報提供的風向、風速(u)、 吹程(Sw)及持續時間，利用湖泊波浪要素與影響因素之間的數量關係，可以進行湖泊波浪預報。這種數量關係通常是根據在湖岸或湖中實際觀測數據而建立的經驗性關係。