Ветровые волны: понятие, структура и характеристики. Как образуется ветровая волна?
Волна – это природное явление, во многом определяющее комфортность нахождения в открытом море. Маленькие волны можно даже не заметить. Но вот большие способны нанести существенный ущерб морскому судну и навредить его пассажирам. В этой статье речь пойдет о ветровых волнах. Что они собой представляют, как образуются, и какими характеристиками обладают? Давайте ответим на все эти вопросы вместе!
Ветровые волны – что это такое?
Ни один водоем не может оставаться спокойным и неподвижным. Ведь даже незначительный по силе ветер непременно отразится на его поверхности. Ветровая волна образуется в результате прямого воздействия ветра на водную гладь моря или озера. Чтобы лучше понять механизм ее образования, можно понаблюдать за пшеничным полем в ветреную погоду.
Итак, как же образуются ветровые волны? При слабом ветре на спокойной поверхности воды возникает легкая рябь. Когда его скорость возрастает, появляются небольшие ритмичные волны. Постепенно их длина и высота увеличиваются. При дальнейшем усилении ветра на их гребнях начинают образовываться «барашки» из белой пены. Скорость ветровых волн может колебаться в широких пределах (от 10 до 90 км/час). После прекращения ветра на море можно увидеть длинные, низкие и пологие волны, называемые зыбью.
Важно отметить, что вода – вещество намного более плотное, нежели воздух. Вследствие этого поверхность водоема немного «запаздывает» после воздействия ветра, и рябь переходит в волны лишь через некоторое время.
Ветровые волны стоит отличать от цунами и приливов. Первые возникают вследствие повышенной сейсмической активности земной коры, а вторые – в результате воздействия спутника нашей планеты – Луны.
Структура морской волны
Ветровая волна состоит из нескольких элементов (см. схему ниже):
- Гребень – наивысшая точка волны.
- Подошва – самая низкая точка волны.
- Склоны – подветренный и наветренный.
Подветренный (передний) склон волны всегда более крутой, чем наветренный. Здесь, кстати, прослеживается прямая аналогия с песчаными дюнами, которые также формируются под воздействием ветра. Приближаясь к берегу, подошва волны тормозится о дно водоема, а ее гребень опрокидывается, разбиваясь на множество брызг. Этот процесс сопровождается активным разрушением горных пород. Если же волна натыкается на прибрежную скалу, то вода скидывается вверх в виде мощного пенистого столба, высота которого может достигать нескольких десятков метров.
Характеристики ветровых волн
В океанографии выделяется четыре основные характеристики морской волны. Это:
- Высота – расстояние между подошвой и гребнем по вертикали.
- Длина – расстояние между двумя гребнями соседних волн.
- Скорость – расстояние, которое гребень волны проходит за единицу времени (как правило, исчисляется в метрах за секунду).
- Крутизна – отношение высоты волны к половине ее длины.
Длина ветровых волн колеблется в широких пределах от 0,5 до 250 метров, высота может достигать 20-25 метров. Самые мощные волны наблюдаются в Южном полушарии, в открытом океане. Здесь скорость их движения нередко достигает 15-20 м/с. Наименьшие волны характерны для внутренних морей, глубоко вдающихся в континент (например, для Черного или Азовского морей).
Волнение моря: шкала
Состояние моря – термин, используемый в океанографической науке для определения состояния открытой поверхности крупных водоемов (озер, морей, океанов). Оно характеризуется, прежде всего, высотой волн и их силой. Для оценки степени волнения моря используется 9-балльная шкала, разработанная Всемирной метеорологической организацией.
| Балл | Название | Высота волн (м) | Внешние признаки |
| 0 | Совершенно спокойное море | 0 | Поверхность моря гладкая |
| 1 | Спокойное море | 0-0,1 | Рябь и незначительные волны |
| 2 | Слабое волнение | 0,1-0,5 | Гребни волн начинают опрокидываться, но пены еще нет |
| 3 | Легкое волнение | 0,5-1,25 | Местами на гребнях волн появляются «барашки» |
| 4 | Умеренное волнение | 1,25-2,5 | «Барашки» присутствуют в больших количествах |
| 5 | Неспокойное море | 2,5-4 | Появляются крупные гребни |
| 6 | Крупное волнение | 4-6 | Гребни образуют большие штормовые валы |
| 7 | Сильное волнение | 6-9 | Пена вытягивается в полосы и частично покрывает склоны волн |
| 8 | Очень сильное волнение | 9-14 | Пена полностью покрывает склоны волн |
| 9 | Исключительное волнение | Более 14 | Вся поверхность волн покрыта толстым слоем пены. Воздух перенасыщен водяной пылью. Видимость резко снижается. |
Морские волны как источник энергии
Использование природной энергии волн Океана – одно из перспективных направлений альтернативной электроэнергетики. Ученые подсчитали, что суммарная мощность всех ветровых волн на планете равняется 1020 Дж/час. Это колоссальная цифра, но беда в том, что получение и использование этой энергии сильно затруднено.
Сегодня освоением волновой энергетики всерьез занялись такие страны, как Великобритания, Ирландия, Норвегия и Индия. В основе работы волновой электростанции лежит преобразование механической энергии морской волны в электрическую посредством рабочих механизмов, состоящих из специальных поплавков, лопастей и маятников.
Первая такая электростанция была запущена в Норвегии еще в 1985 году. Ее мощность составляет 850 кВт. В наши дни ряд государств использует волновую энергию для питания автономных буев, плавучих маяков, марикультурных хозяйств и даже небольших буровых платформ.