看过海浪的人,都会觉得海浪很神奇,有时富有诗意,有时则来势汹汹。不论在何时,海浪都给人一种神秘莫测的感觉。
我们把海面上呈起伏形状的传播称为海浪,海浪也是离开平衡位置的水质点作周期性振动,并沿着一定方向传播而形成的一种波动。水质点振动可以形成动能,海浪的起伏能可以产生势能,这两种能量的累计数量可谓令人吃惊。在全球的海洋中,仅风浪和涌浪的能量之和就与到达地球外侧的太阳能量的一半相当。
海浪的能量是沿着海浪传播的方向不断向前,所以海浪其实又是能量的波形传播。海浪有从零点几秒到几个小时以上的波动周期,从几毫米到几十米的波高,以及从几毫米到数千千米的波长。
海面的波浪从哪里来
我们经常能在海边看到这样的情形:天空无风,空气中的一切都不运动,可是海上的破碎波却越来越大,并一个个滚滚而来,究竟这些波浪来自哪里呢?巨浪到底又有多大?
有人可能认为,波浪就是在海面上移动的大片海水。其实并非如此,只要细心观察随波漂来的一片漂木就明白了。先是漂木迎着前来的波浪移前少许,随着波浪的升高,又随着小浪向前移动少许就又落下。漂木在波浪过后,仍然在原位停留。所以,波浪和海流有所不同。海流确实是会带着水前进的,而波浪只是穿水而过。波浪不外是能的脉冲,藉水分子的振荡而在海水中传送。
最常见的波浪全都因风而起,海风吹入水面翻起涟漪,涟漪不断堆起,风力便把它们越推越高,同时振荡也越来越深。其实风吹起的涌浪吸收了风的能,其中一半是在海面之下。在浅水的沿岸海底潜水的人可以见得到这种能的力量:涌浪在上边的海面上经过时,水中的海藻来回摆动。英国的“长涌浪”曾把一磅重的石块从海底冲进设在水下30米深处的捕龙虾用的篓里;而爱尔兰西部近岸的海底一带,几百磅重的岩石常被海面的长涌浪打得像保龄球一样滚来滚去。然而使海员害怕的却是波浪的上半部,即波峰部分所传送的能。
波浪的“威力”
风浪的大小要受到风速、风吹的时间长短以及海面阔窄等因素影响,而波浪的稳定度,也就是波浪的陡度,决定于波长(即前后两个波浪波峰间的距离)。一个波浪如果高度超过其波长约1/7,就要散开,形成白帽浪。在风暴中形成的波涛,高达12~18米的,在公海上并不罕见。而更高的“滔天巨浪”,也曾有人遇到过。
1966年,“米开朗基罗”号邮船在狂风怒号、浪高10米的大西洋上航行时,夜里突然看见一个巨浪渐渐升起。据估计约有18米高。巨浪以雷霆万钧之势打在船上,将船首3寸厚的钢板打扁,并在桥楼上撞开了一个9×18米的大洞,冲歪了轮船内部几块舱壁的钢板,还死了3个人。
对此,科学家的解释认为,海是许多不同风暴形成的波浪汇集之地。在大海上任何一点看到的波浪,有遥远地区旧风暴形成的涌浪,也有在较近海域产生的涌浪。这些来自不同方向的波浪相遇时,力量不是抵消,就是加强。一个波浪的波峰往往会吞噬另一个波浪的波谷,这时二者的力量就会互相抵消,在湍流之中呈现一片风平浪静的景象。但有时候,2~3个,一个波浪的波峰往往会吞噬另一个波浪的波谷,这时二者的力量就会互相抵消,在湍流之中呈现一片风平浪静的景象。但有时候,2~3据记录,最大的波浪是1933年美国海军油船“拉玛波”号在太平洋上遭受台风袭击时所遇到的。一连7天,强烈的大风暴在浩瀚无边的海洋上朝着一个方向猛吹,翻起滔天巨浪。根据慎重纪实的宣誓书和船上官员的计算,一连串巨浪排山倒海而来,一个比一个高,从25米到27米,到30米,直到31米高,最后看到的一个,从波谷到海峰足足有34米高。
通常来说,冲上岸边海滩的波浪要比在海洋中的小得多。北美沿海的自记测波仪录得,约有80%的破碎波高度不到1.2米,只有冬天风暴季节的波浪才达到3米高。夏威夷的欧胡岛背风面,一向以有拍岸巨浪著称。在那里,能掀起6米高的波浪,已经可以写入记录簿了。在北美北部太平洋沿岸一带,冬季的破碎波往往高达10~12米,世界各地最高的波浪也不过如此。波浪能远涉重洋,渡过大海。掀起波浪的风一旦平息之后,波浪就不再与风及湍流冲撞,而变为正常状态的“海浪”——在一定的风速下,海洋所起的最大波浪。从此以后,就成了徐徐荡漾的涌浪,横过大海,向遥远的海岸涌去。此时的波浪也和涌浪一样,可把风暴产生的能传送半个地球那么远。
我们观察波浪在深海水中移动的情形,就可以估计出波浪移动的速度。计算波浪的速度时,只要计算出两个波峰向前移动时相隔多少秒钟,然后再用35乘这个秒数就可以。
例如:两个波峰相隔10秒钟到达,那么时速就是350英里。即使是小浪冲上海滩消散,也放出大量的能。
防波堤上的测力计显示:波浪往往以每平方英尺(0.3平方米)50吨的压力向障碍物猛击。俄勒冈海岸曾受到过8级风的袭击,波涛掀起一块重135磅的石头,把它抛到空中,落在海拔30米的提拉木克灯塔守望人住宅的房顶上,击穿一个直径6米的大洞。在苏格兰维克,波浪从防波堤把重达2600吨的坚实混凝土块冲走。
实际上,波涛汹涌并不一定预示着风暴的来临。因为风暴掀起的波浪移动速度要快于风暴中心,如果风暴和波浪都朝同一方面移动,波浪的确会首先到达海岸。不过,风暴有时会朝另外一个方向走。例如大西洋的飓风常常会把巨浪送往北美海岸,而本身却出海去了。
相关链接——海浪有哪些种类
我们把风在海洋中形成的波浪叫做海浪,有风浪、涌浪和海洋近岸波等种类。一般地说,海浪的波长为几十厘米到几百米,周期为0.5~25秒,波高从几厘米到20几米;特殊情况下有30米以上的波高。
由风直接推动的海浪叫做风浪,与此同时,许多高低长短不同的波浪也会出现,具有较陡的波面,常有浪花或大片泡沫出现在波峰附近。
所谓涌浪,就是风浪传播到风区以外的海域中所显现的波浪,涌浪的外形较为规则,也有比较整齐的排列,有较长的波峰线以及较平滑的波面,和正弦波略微近似。涌浪在传播的过程中,受到海水内摩擦作用的影响,能量不断减小而逐渐变弱。
所谓海洋近岸波,指的是传播到海岸附近时的风浪或涌浪,受地形的作用改变波动性质的海浪。海洋近岸波的传播速度随着海水的变浅而变小,波峰线弯转,逐渐平行于等深线。它的波形在传播中不断发生改变,波峰前侧变得越来越陡,后侧变得越来越平缓,波面变得很不对称,以至于出现倒卷破碎现象的发生,并且在岸边还有水体前流的现象形成。