Ветровые волны
Ветровые волны возникают под действием ветра, и их называют поступательными волнами. После прекращения действия ветра волны в силу инерции еще продолжаются, и такие волны получили название зыби (на рисунке).
У волны различают высоту (h) - вертикальное расстояние между соседними гребнем и ложбиной; длину волны (λ) - горизонтальное расстояние между соседними гребнями или подошвами (ложбины).
Рис. Профиль волны и ее элементы (Судольский, 1991):
1 - статический уровень, 2- средняя волновая линия, 3 - профиль волны, 4 - вершина волны, 5 - гребень волны, 6 - подошва волны, 7 - ложбина волны: λ - длина волны, λг - длина гребня, λл - длина ложбины, h- высота волны, hr- высота гребня, hn- заглубление подошвы
Крутизна волны (ϵ) определяется делением высоты волны (h) на ее длину (λ).
ϵ = h/λ
Период волны (Т) - время, в течение которого волна пробегает расстояние, равное ее длине. Возраст волны (В) - отношение скорости волны (с) к скорости ветра (W).
Скорость волны равна
с = λ/Т
Соотношения между элементами трохоидальной волны приведены в таблице ниже. Причем длина волны (λ), период волны (Т) и скорость волны (с) взаимозависимы, и их можно определить по формулам. Высота волны (h) не входит в указанные зависимости, и она определяется наблюдением или другими методами, например, по номограмме А. П. Браславского (1952).
Таблица. Соотношение между элементами трохоидальных волн
Элемент волны | Длина (λ), м | Период (Т), с | Скорость (с), м/с |
Длина (λ), м | - | 1,56T2 | 0,64c2 |
Период (Т), с | 0,8√λ | - | 0,64c |
Скорость (с), м/c | 1, 28√λ | 1,56T | - |
Орбитальная скорость (υ) | h√15,4 / √λ | h(31,4/T) | h (4,9/c) |
Для вычисления высоты и длины волны часто используют формулы В. Г Андриянова (1957):
h=0,0208 W5/4D1/3 и λ = 0,304 W D1/2
и H. А. Лабзовского (1976):
h= 0,073 W √E D и λ = 0,073 W √D/E,
где h и λ, - высота и длина волны, м; W - скорость ветра, м/с; D - длина разгона, км; Е - крутизна волны (h/λ).
Высоту волны можно рассчитать по простейшим формулам Стивенсона в крупных озерах (L>60 км):
h = 0,33 √L
и малых озерах (L<60 км):
h = 0,33 √L + 0,76 - 0,264√L
Но в озерах с L менее 1 км формула дает не всегда реальный показатель высоты волны.
В формулах Е. А. Дьяковой и Н. Д. Шитова помимо длины разгона (D) и скорости ветра (W) учтена глубина водоема (Н, м):
h = 0,0186 W0,71 D0,24 H0,54
h = 0,151 H0,34 W D0,33
λ = 0,104 H0,57 W D0,33
Для быстрой оценки элементов волн (высота, длина, период и скорость распространения) в зависимости от длины разгона и скорости ветра можно использовать таблицу Н. А. Лабзовского (1952).
Характеристики волнения и состояния водоемов оценивают по шкале степени ветрового волнения и шкале состояния поверхности озера и водохранилища под влиянием ветра (см. таблицу).
При критической глубине (Нкр ≥ h при попутном ветре) у берегов и лудах (мелях) происходит разрушение волн, которые называются у берегов прибоем, на лудах (мелях) - бурунами.
Вода придонных компенсационных течений на повышенных участках дна или в узких мелководных заливах поднимается вверх. Это выражается в аномально низких температурах по сравнению с температурами на соседних глубоких участках.