Tuule lained. Üldinfo tuulelainete teooriast, punktiskaala merelainete astme hindamiseks
Tuulelained on gravitatsioonilised, kuna tuul on jõud, mis veepinnale mõjudes eemaldab vedeliku tasakaaluolekust ja gravitatsioonijõud sunnib selle tagasi algolekusse. Tänu inertsile toimub liikumine veeosakeste järjestikuste võnkumiste kujul, mis piisavalt suurel sügavusel liiguvad ringikujulistel orbiitidel ja annavad sama liikumise ka aluskihtidele, nõrgenedes veepinnast eemaldudes. Sellest järeldub, et häired kaovad sügavusega kiiresti. Kui reservuaari sügavus on piiratud, mõjutab põhja hõõrdumine orbiitide kuju: sügavuse suurenedes, absoluutväärtuste vähenedes, pikenevad need järjest rohkem ja omandavad ellipsi kuju ning looduslikus kihis liiguvad osakesed ainult horisontaalsuunas. Laine nähtav osa liigub ruumis lainete translatsioonilise liikumise kujul. Lainekuju välimuse põhjal jagatakse lained kahe- ja kolmemõõtmelisteks. Reeglina tekivad kahemõõtmelised lained merede ja ookeanide avavetes pärast tuule lõppemist. Siseveekogudel korrapärase kujuga tuulelaineid peaaegu kunagi ei kohta, kuna isegi püsiva tuule mõju suunale ja kiirusele toimub veemassile edastatavate ebavõrdsete impulsside kujul. Tuule suuna muutlikkus võib reservuaaris põhjustada korraga mitme lainesüsteemi olemasolu, üksteise peale asetades tekib komplekspilt kolmemõõtmelistest tuulelainetest, laineharjadest, mis ei tekita korrapärast rindejoont, vaid asuvad tavapärase malelaua mustriga. Lainete kuju ja suuruse määravad nende elemendid. Vaatleme selguse huvides lainete võnkumisi reservuaari fikseeritud punktis, kui lained seda läbivad, samuti laineprofiili - konarliku pinna lõiku fikseeritud ajahetkel vertikaaltasapinnal laine levimise põhisuunas. . (Vt joonis 2.1)
Joonis 2.1 Laineprofiil ja elemendid
Tuulelainete arenguastme järgi eristatakse kasvavaid, püsi- ja hääbuvaid laineid. Kasvavate lainete iseloomulik tunnus on see, et lainete suurus ei ole veel saavutanud väärtusi, mis neil peaks olema pikaajalisel kokkupuutel antud suuna ja kiirusega tuulega. Püsilaineid iseloomustab asjaolu, et lainete kasv peatub, hoolimata tuule kiiruse edasisest suurenemisest. Teadlased eeldavad, et see nähtus ilmneb siis, kui lainete ja tuule levimiskiiruse suhe on 0,8, kuna sel juhul võrdub tuule poolt edastatud energia hulk selle hajumisega, lisaks edastatud energia hulk. tuule poolt väheneb lainete suurenenud translatsioonilise liikumise tõttu. Lagunevad lained esinevad siis, kui tuul vaibub ja veemass pole veel tasakaalu saavutanud. Lainekõrgused hääbuvate lainete ajal on tavaliselt madalamad kui püsilainete ajal ja kaovad järk-järgult. Tuulelainete suurus sõltub paljudest teguritest, millest peamised on: tuule toime kestus ja kiirus, kiirenduse pikkus - kaugus tuulealusest kaldast arvutatud punktini, veehoidla sügavus ja piirjooned. rannajoonest. Sisevetes avaldub nende tegurite mõju teisiti kui merede ja ookeanide avavetes, kus lainete arengus mängib peamist rolli tuul, mille kiirus ja suund on akvatooriumiti erinev, kuna kiirendus ulatub sadade ja isegi tuhandete kilomeetriteni. Ja ainult rannajoone lähedal madalas vees mõjutavad kallaste sügavused ja kontuurid laineid. Siseveekogudel ja nende suhteliselt väikestel veealadel võib sageli pidada tuule suunda ja kiirust akvatooriumi kohal konstantseks ning määrata rannikumeteoroloogiajaamade vaatlusandmete põhjal. Piiratud veealade suurus on ka põhjuseks, et veehoidlates ja järvedes arendab tuul lained lühikese aja jooksul püsiseisundisse ning lained saavutavad maksimaalse arengu mõne tunni jooksul pärast stabiilse kiirusega tuulte tekkimist. Pideva tuule korral lainete statistilised omadused aja jooksul ei muutu. Väljakujunenud rahutuste selged piirid pole täpselt määratletud ja erinevad teadlased hindavad seda erinevalt. Siseveekogude tuulelainete peamine omadus on selle praktiline sõltumatus tuule kestusest. Tuulega vaibub lainetus piisavalt kiiresti, nii et siseveekogudel lainetust praktiliselt pole.
Kõik veehoidlad või nende sektsioonid jagunevad vastavalt sügavuse mõju tingimustele lainetele sügavveelisteks - sügavusega üle poole lainepikkusest (H>), madalaveeliseks - sügavusega alla poole lainepikkusest ja põhjakalle alla 0,001 (H≤,i≤0,001) ja segatud, mille puhul esinevad nii süvavee- kui ka madalaveelised lainetuse tingimused piki kiirendust ning põhjakalded on suuremad ja väiksemad kui 0,001. “Madala ja sügava vee” veehoidlate mõisted on üsna suhtelised: sama veeala võib olenevalt laineparameetritest olla nii sügav kui ka madal. Enamasti mängib reservuaarides tänu kiirendusteel paikneva keeruka põhja topograafia tõttu lainetekke protsessides määravat rolli sügavus. Ja tuulelainete arvutamisel tuleb hoolikalt arvesse võtta sügavuse arvutamist. Sügavuse kvantitatiivset mõju tuulelaine tekkele hinnatakse erineval viisil: mõned teadlased teevad ettepaneku võtta arvesse sügavust arvutuspunktis, teised - keskmist sügavust kiirendusprofiilil ja kolmandad - sügavuste muutust. mööda arvutusprofiili sektsioonist sektsiooni (sammumeetod). Veehoidlates ja väikestes järvedes on lainete tekkimisel oluline roll sügavusel. See on tihedalt seotud reservuaaride morfomeetriliste omadustega, nende töörežiimi ja taseme režiimiga. Näiteks Rybinski veehoidlal, mis on 7–9 m sügavusega üleujutatud jõgi, on sügavuse arvessevõtmine tingimata vajalik, kuna veehoidla navigatsioonilise vähendamise korral 2 m võrra (reservuaari täitmata jätmine normaalne säilitustase - NPU), võib sügavus märkimisväärselt piirata lainete kasvu kogu veeala ulatuses. Vastupidine olukord on kõrgsurvetammidega veehoidlates (Bratskoe, Krasnojarsk) sügavusel ei ole lainete teket praktiliselt mingit mõju, kuna 20–100 m sügavusel tammi juures võib need veehoidlad klassifitseerida süvaveekogudeks. „Segaveehoidlaid“ (Kuibõševskoje, Tsimljanskoje veehoidlad) iseloomustab sügavuse suurem mõju lainekõrgusele ülemistes lõikudes kui paisuosas, mis on oludes süvaveelähedane. Sügavuse piirav mõju ülemistes lõikudes on eriti märgatav hooajaliste ja pikaajaliste reguleerimisreservuaaride suvise kasutusest kõrvaldamise tingimustes. Ja ka siis, kui pikaajalised regulatsioonireservuaarid ei ole NPL-i täidetud. Suurtel lamedatel veehoidlatel, kui tase kõikub jäävabal perioodil 2-3 m, muutuvad oluliselt akvatooriumi pindala, laine kiirendus ja sügavus. Sellega seoses on tuulelainete arvutamisel vaja arvestada tasemekõikumisi jäävabal perioodil. Sügavuse mõju tuulelainetele suletud siseveekogudes väljendub ka lainekõrguste arengu piiramises, mil kiirenduse ja tuule kiiruse tingimustes võiksid lained kasvada. Sellistel juhtudel tuleks rääkida praegusest või maksimaalsest kiirendusest antud tuuletingimustes, mille hilisem tõus ei too enam kaasa lainete teket. Siseveekogude maksimaalse tuulekiiruse korral (20 – 25 m/s) on efektiivne kiirendus ca 100 km. Nii madala- kui ka süvaveehoidlate rannikuriba on jagatud neljaks tsooniks, mille sees on lainete tekketingimustel ja lainete iseloomul oma eripärad.
Nende tsoonide arvestamisel kasutatakse järgmisi nimetusi: Nkr - sügavus, mille juures teatud kõrgusega lained murduvad (Hkr = 2h),
λ on keskmine lainepikkus sügavas vees, h on keskmine lainekõrgus, mida võib täheldada sügavas vees, h 1 on keskmine lainekõrgus, mida võib täheldada mis tahes punktis teises tsoonis, eeldusel, et H on vee sügavus esimese ja teise tsooni vaheline piir (üleminek nõlvalt i≤0,001 nõlvadele i>0,001).
Esimene tsoon on süvaveeline (kui veehoidla on süvaveekogu) või madalveeline (kui veehoidla on madal).
Teine tsoon on esimesest tsoonist kaldale levivate lainete teisenemise tsoon sügavuse vähenemise suunas. Süvamere veehoidlates hõlmab see rannikuveeriba sügavusega H kr
Kolmas tsoon on surfitsoon, sügavusega H arr. Neljas tsoon on serva lähedal asuv ülesjooksutsoon, mille piiril N arr = 0,65 N cr toimub kõigi lainete lõplik hävimine ja moodustub ülestõusmine - veesurfivool. Kallas. Siseveehoidlates, mille põhjatopograafia on lainete tekketingimuste tõttu keeruline, võivad teine ja kolmas tsoon hõivata mitte ainult rannikuriba, vaid asuda ka veehoidla madalates piirkondades, mis on kaldast kaugemal. Olulised tegurid, mis määravad tuulelaineid siseveekogudel, on nende konfiguratsioon, rannajoone ebatasasus ja takistuste (neemed, saared) esinemine kiirenduse teel. Seega on mitmete loetletud lainetekke tunnuste tõttu tuulelained siseveekogudel keerulised, ruumilised ning piiratud sügavuse tõttu on lainete järsus palju suurem kui merelainetel. Sellega seoses osutuvad meretingimuste jaoks välja töötatud teoreetilised laineelementide arvutamise meetodid siseveekogude jaoks sobimatuks. Praegu on laineliste koefitsientide abil laineenergia tasakaalu võrrandil põhinevad empiirilised ja ka poolempiirilised arvutamise meetodid laialdaselt välja töötatud. Kõige lootustandvamad on spektraalmeetodid tuulelainete elementide arvutamiseks. Tuulelainete mustrite uurimine on huvitav mitte ainult fundamentaalteaduse, vaid ka praktiliste vajaduste seisukohalt, nagu navigatsioon, hüdroehitiste ehitamine, sadamakompleksid, nafta- ja gaasiväljade tehniliste seadmete arvutamine. riiul. Umbes 80% tõestatud nafta- ja gaasivarudest on koondunud ookeanide ja merede põhja ning avamereplatvormide rajamine ja avamere puurimine nõuavad usaldusväärseid andmeid tuulelaine režiimi kohta. Nendes paikades navigeerimise ohutuse tagamiseks on vaja ka teadmisi maailma ookeani erinevates vetes esinevate maksimaalsete lainesuuruste kohta. Tuulelained on nähtus, mis avaldub iga veekogu pinnal. Selle nähtuse ulatus on erinevate veekogude puhul erinev. Leonardo da Vinci kirjutas kunagi: “... laine jookseb oma tekkekohast, kuid vesi ei liigu oma kohalt. Nagu maikuus tuulte hoovusest põldudel tekkinud lained, näivad lained jooksvat üle põllu, samas kui põllud ei liigu oma kohalt. See tuulelainete omadus 194_______________________ 10. peatükk Lained ookeanis_________________________
on tohutu praktiline tähendus: kui koos vormiga, st lainega, liikus ka mass, s.t vesi, siis ei saaks ükski laev liikuda vastu laineid. Tuulelained jagunevad tavaliselt kolme tüüpi: Tuulelained, mis on otse all Paisulained, mis tekivad pärast tuule peatumist Segalained, kui tuulelained asetsevad paisulainetega Kuna ookeanide ja merede kohal puhuvad tuuled, eriti parasvöötme laiuskraadidel, on erineva kiiruse ja suunaga, on tuulelained ruumiliselt heterogeensed ja ajaliselt oluliselt varieeruvad. Samas on laineväljad veelgi heterogeensemad kui tuuleväljad, kuna lained võivad saabuda ühte või teise piirkonda samaaegselt erinevatest (erinevalt paiknevatest) päritolutsoonidest. Kui vaadata tähelepanelikult mere karedat pinda, võib jõuda järeldusele, et lained asendavad üksteist ilma nähtava mustriga – suurele lainele võib järgneda veelgi suurem või võib-olla väga väike laine; mõnikord saabub järjest mitu suurt lainet ja mõnikord on lainete vahel peaaegu vaikse pinnaga lõik. Kareda merepinna konfiguratsiooni suur varieeruvus, eriti segalainete korral (ja see on kõige levinum olukord), andis kuulsa inglise füüsiku lord Thomsoni väljakuulutamise, et „... tuule põhiseadus. lained on ühegi seaduse ilmne puudumine. Ja tõepoolest, siiani ei saa me üksikute lainete vaheldumise järjestust kindlalt ennustada isegi ühegi tunnuse, näiteks kõrguse, järgi, rääkimata muudest omadustest, nagu harjade ja lohkude kuju jne. Kui liita kaks harmoonilist võnkumist, mille sagedused on üsna lähedased, tekib mitteharmooniline võnkumine, mida nimetatakse löögiks, mida iseloomustab perioodiline intensiivsuse muutus sagedusega, mis on võrdne interakteeruvate võnkumiste vahega (joon. 10). 2). Midagi sarnast täheldatakse tuulelainetes. Kuna lained tulevad igasse piirkonda erinevatest tsoonidest ja nende sagedused võivad olla Ch. 10. Lained ookeanis 197 Kuulus on Aafrika ranniku kagupiirkond - siin on suuri laineid hajutavad tugevad tuuled, lõuna poolt tulev paisumine ja põhjahoovus - kõik see loob ujumiseks ebatavaliselt keerulised tingimused. Bartolomeo Dias, kelle ekspeditsiooni on juba mainitud, pidas selles ookeani piirkonnas kaks nädalat vastu tugevatele lainetele ja müüs legendi järgi oma hinge kuradile, et sellest kohast mööduda. See aeg oli aitas. Dias möödus sellest kohast, nimetas seda Tormide neemeks, kuid kaks aastat hiljem ta seal suri. Portugali kuningas Joan II nimetas Tormide neeme ümber Hea Lootuse neemeks, kuna see pakkus lootust meritsi Indiasse jõuda. Just selle neemega seostatakse legendi “Lendavast hollandlasest” päritolu. Just siin vaadeldakse üksikuid laineid, mis tekivad lainete ja hoovuste koostoime tulemusena. Need lained kujutavad endast vee järsku paisumist, neil on väga järsk esinõlv ja üsna tasane lohk. Nende kõrgus võib ületada 15-20 m ja sageli esineb neid suhteliselt rahulikus meres. Selle piirkonna lained kujutavad tõsist ohtu ka tänapäevastele laevadele. Suurt ohtu kujutavad ka lained troopilistes orkaanides ja taifuunides. Lainete teadus tekkis ja arenes klassikalise hüdrodünaamika ühe haruna kuni 20. sajandi 50. aastateni. praktiliselt ei hakanud kirjeldama selliseid keerulisi laineid nagu tuulelained veehoidlate pinnal. Põnevuse astet hinnati peamiselt Beauforti skaala abil silma järgi (tabel 10.3). 20. sajandi alguses. purjelaevastikult aurulaevastikule üleminekuga vähenes mõnevõrra õnnetuste ja laevakahjude arv (250-300 laevalt aastas ~150-le), meresõiduohutuse määramisel ilmnes loodusjõudude alahindamine. 20. sajandi alguse laevaehitajate hulgas. Oli arvamus, et "elementide jõud alistuvad uute tugevate laevade ees". See arvamus maksis paljude meremeeste elu. Merelained on üsna hirmuäratav loodusnähtus ning loodus ei talu põlgust ning sageli maksab inimestele kätte, tekitades seeläbi inimestes soovi selle seadusi paremini ja sügavamalt mõista. Tabelis 10.4 näitab tormide ja muude, peamiselt tiheda merega seotud ebasoodsate hüdrometeoroloogiliste tingimuste tõttu kaotatud laevade arvu ajavahemikus 1975–1979. See valim kehtib ainult suhteliselt suurte kaubalaevade kohta (üle 500 registritonni). Väiksemate laevade õnnetuste arv samal perioodil määratakse neljakohalise numbriga. Selgus, et Ch. 10. Lained ookeanis 199 Lainete mõõtmiseks kasutatakse tavaliselt akustilise kajaloodi põhimõttel põhinevaid kiirendusmõõtureid poilainesalvestajaid ja hüdrostaatilisi laineregistraatoreid. Lainegraafikud mõõdavad tavaliselt lainete keskmist ja maksimaalset kõrgust, laine keskmist perioodi ja pikkust ning laine sagedusspektrit. Kiirendusmõõturi lainesalvestis määratakse laineelemendid kiirendusmõõturi andurilt saadud signaali kahekordse integreerimise teel. Kõige tavalisemad välislainegraafikud on konstrueeritud täpselt selle põhimõtte järgi. Hüdrostaatiliste laineregistraatorite tööpõhimõte põhineb teatud sügavusel toimuvate hüdrostaatiliste võnkumiste ja lainepinna võnkeomaduste vahelisel seosel. Kajalokatsiooni kasutatakse veepinna hetkeliste kõrguste mõõtmisel vabalt ujuvalt või sildunud poilt (otsekajaloodi). Lainegraafid, mille tööpõhimõte põhineb pöördkajalokatsioonil, sondeerivad vee-õhu liidest vee alt. Satelliidile paigaldatud sünteetilise avaga radarid ja kõrgusemõõtjad võimaldavad mõõta tuulelainete põhiomadusi. Kaugseiremeetodid võimaldavad saada tuulelainete omadusi suurtel aladel. Selliste mõõtmiste põhjal luuakse kaasaegsed tuulelainete atlased. Laineandmete vaateid saab hankida serverist http://www.waveclimate.com. Nagu on näidanud meie laineid puudutavate fundamentaalsete teadmiste kujunemise ajalugu, on vajalik tihe seos teoreetilise, eksperimentaalse ja väliuuringute vahel. Tuul on kõige olulisem parameeter, millest sõltuvad lainete geomeetrilised omadused. Püsiva ja üsna pideva tuule korral aga tõusevad tuule mõju all olevate lainete keskmised omadused nende levimise teel. Seda teed nimetatakse tuule kiirenduse pikkuseks või lihtsalt kiirenduseks. Raskused merelainete vaatlemisel ja nende registreerimisel looduslikes tingimustes sundisid teadlasi pöörduma tuulelainete laboratoorse modelleerimise poole. Merelainete uurimise alguses oli laboratoorne modelleerimine peaaegu ainus lainete kvantitatiivsete omaduste allikas. See allikas osutus aga väga piiratud – ja siin on põhjus, miks. Peamine raskus lainete laboratoorsel simulatsioonil on tagada piisavalt suur lainekiirendus, st teil peavad olema pikad kandikud. Lainete keskmised parameetrid muutuvad tavaliselt ajas ja sisse 208_______________________ Ch. 10. Lained ookeanis___________________________________
sel juhul saavutab iga spektraalkomponent maksimumi, seejärel väheneb miinimumini ja lõpuks saavutab tasakaaluväärtuse. Seda efekti nimetatakse liigseks efektiks. See tuvastati mõõtmiste abil väli- ja laboritingimustes. Spektri juhtiv osa moodustub selle komponentide eksponentsiaalse arengu ja energia mittelineaarse ümberjaotamise mehhanismi tõttu spektraalkomponentide vahel. Tuuleenergia bilansi võrrandit käsitletakse üksikasjalikult monograafiates. Kõige kuulsam ja uuritud pikkade lainete tüüp on looded. Loodete põhjuseks on Kuu ja Päikese gravitatsioonilised (mõõna-moodustavad) jõud. Ookeanides ja meredes avalduvad looded perioodiliste veepinnatasemete ja hoovuste kõikumistena. Loodete liikumised eksisteerivad ka atmosfääris ja loodete deformatsioonid eksisteerivad tahkel Maal, kuid siin on need vähem väljendunud kui ookeanis. Rannikualadel ulatuvad taseme kõikumised 5-10 meetrini. Maksimaalsed kõikumised saavutatakse Fundy lahes (Kanada) - 18 meetrit Venemaa rannikust, suurim tõus on Penzhinskajas Laht - 12,9 m Loodete hoovuste kiirus rannikuvööndis ulatub 15 km/h. Avaookeanis on hoovuste taseme ja kiiruse kõikumised palju väiksemad. Kuu loodete jõud on ligikaudu kaks korda suurem kui Päikesel. Loodejõu vertikaalsed komponendid on palju väiksemad kui gravitatsioonijõud, mistõttu nende mõju on tühine. Kuid loodete jõu horisontaalkomponent põhjustab veeosakeste olulisi liikumisi, mis avalduvad loodete kujul. Kuu ja Päikese koosmõju viib tasemekõikumiste keeruliste vormide tekkeni. Eristatakse järgmisi peamisi loodete tüüpe: poolpäevane, päevane, segatud, anomaalne. Poolpäevase mõõna korral võrdub veepinna võnkumise periood poole kuupäevaga. Poolpäevase mõõna amplituud varieerub vastavalt Kuu faasidele. Poolpäevane mõõn on maailmameres kõige levinum. Päevase tõusulaine taseme kõikumise periood on võrdne kuupäevaga. Päevase tõusulaine amplituud sõltub Kuu kaldest. Sega looded jagunevad ebaregulaarseteks poolpäevasteks ja ebaregulaarseteks ööpäevasteks. Ebanormaalsed looded Ch. 10. Lained ookeanis 209 Neid on mitut sorti, kuid kõik need on maailma ookeanis üsna haruldased. Merenduspraktika jaoks on loodete tasemete prognoosimine (või eelarvutus) suur tähtsus. Loodete prognoosimine põhineb tasemekõikumiste vaatlusandmete harmoonilisel analüüsil. Olles tuvastanud vaatlusandmete põhjal peamised harmoonilised komponendid, arvutatakse tase tulevikus. A. Dudsoni teostatud loodete potentsiaali kõige täielikum harmooniline laienemine sisaldab enam kui 750 komponenti. Loodete ennustamise meetodeid käsitletakse üksikasjalikult artiklis. Esimese loodete teooria töötas välja I. Newton ja seda nimetatakse staatiliseks. Staatilises teoorias loetakse, et ookean katab kogu Maa, mida peetakse mittedeformeeruvaks, vett peetakse invistiivseks ja inertsiaalseks. Kui ookean katab kogu Maad, kirjeldab staatilist loodet konstantse teguri piires loodete potentsiaal. Ookeani veepinda kirjeldab nn loodete ellipsoid, mille suurtelg on suunatud häiriva keha (Kuu, Päike) poole ja järgib seda. Maa pöörleb ümber oma telje ja selle "looduseellipsoidi" sees. Staatiline teooria kirjeldab oma põhieelduste nõrkusest hoolimata õigesti loodete põhiomadusi. Arenenuma dünaamilise loodete teooria, mis juba arvestab lainete liikumist ookeanis, ehitas Laplace. Dünaamilises teoorias on liikumisvõrrandid ja järjepidevusvõrrandid kirjas Laplace'i loodete võrrandite kujul. Laplace’i loodete võrrandid on osadiferentsiaalvõrrandid, mis on kirjutatud sfäärilises koordinaatsüsteemis, mistõttu nende analüütiline lahendus on võimalik saada vaid ideaaljuhul, näiteks kogu Maad ümbritsev kitsas süvakanal (nn. loodete kanaliteooria). Väikeste veealade jaoks saab Laplace'i loodete võrrandid kirjutada Descartes'i koordinaatsüsteemis. Maailma ookeani loodete arvutuste tulemused esitatakse spetsiaalsete kaartide kujul, millel on kujutatud tõusulaine harja asukoht erinevatel aegadel (tavaliselt Kuu ajal). Kaasaegsed loodete kaardid koostatakse numbriliste meetoditega, võttes arvesse vaatlusandmeid. 210 Ch. 10 lainet ookeanis Pika laine teooria põhineb eeldusel, et vedeliku sügavus N väike võrreldes lainepikkusega A, st. A ^> N. Pika laine teooria kirjeldab loodete nähtusi, tsunamilaineid ning madalas vees levivaid tuulelaineid ja paisutusi. Pikad lained hõlmavad ka üleujutuslaineid ja boorilaineid, mida täheldatakse veehoidlates ja jõgedel. pika laine amplituud A palju vähem kui nende pikkus Ja siis saab kirjelduse läbi viia lineaarse teooria abil. Kui need tingimused ei ole täidetud, on vaja arvestada mittelineaarsete mõjudega. Tsunami tähendab sõna otseses mõttes jaapani keelest "suurt lainet sadamas". Tsunami all mõistetakse tavaliselt gravitatsioonilaineid, mis tekivad meres ulatuslike lühiajaliste häirete tagajärjel (veealused maavärinad, veealuste vulkaanide pursked, veealused maalihked, meteoriidid vette kukkuvad, kivikillud, plahvatused vees , ilmastikutingimuste äkilised muutused jne). Tsunamilaine iseloomulik ajaline kestus on 10-100 minutit; pikkus - 10-1000 km; levikiirus L™Am,m ..^^h^ tm^g,l,„„ pikalaine lähenduse põhjal raskuskiirendus, mina olen sügavus Maapealsete loodusõnnetuste tagajärjel hukkunute arvu poolest aastas on tsunami üleujutuste, taifuunide, maavärinate ja põua järel 5. kohal. Tsunamite jaotumist piirkondade vahel iseloomustab suur heterogeensus, enamik tsunamidest esineb Vaikse ookeani meredes. Tsunamite levikut ookeanides ja meredes iseloomustatakse järgmiselt: Vaikne ookean (selle ääreala) 75% i Atlandi ookean 9% India ookean 3% Vahemeri 12% muud mered 1% Tsunamitest ettekujutuse saamiseks esitame tabelis suurimate tsunamide tunnused saja-aastase intervalliga (1880-1980). 10 6. Tsunamite klassifitseerimiseks pakkus akadeemik S. L. Solovjov välja poolkvantitatiivse skaala (põhineb ajalooliste tsunamide analüüsil), mis põhineb tasemetõusu kõrgusel. Katastroofilised tsunamid(intensiivsus 4). Keskmine taseme tõus 400 km pikkusel (või enamal) rannikul ulatub kohati 20-30 m kõrguseni. Kõik rannikul asuvad rajatised on hävinud. Sellised tsunamid esinevad kogu Vaikse ookeani rannikul. Väga tugev tsunami(intensiivsus 3). 200–400 km pikkusel rannikul tõuseb vesi 4–8 m, kohati kuni 11 m. Selliseid tsunamisid täheldatakse kogu maailma ookeanis. Tugev tsunami(intensiivsus 2). 80-200 km pikkusel rannikul on veetaseme keskmine tõus 2-4 m, kohati 3-6 m. Mõõdukad tsunamid(intensiivsus 1). 70-80 km pikkusel lõigul tõuseb vesi 1-2 m. Nõrgad tsunamid(intensiivsus 0). Taseme tõus on alla 1 m. 212 Ch. 10 lainet ookeanis Teiste tsunamide intensiivsus on -1 kuni -5. Mida tugevam on tsunami, seda harvemini neid esineb. Tsunamid intensiivsusega 4 esinevad kord 10 aasta jooksul ja Vaikses ookeanis; intensiivsus 3 - üks kord 3 aasta jooksul; intensiivsus 2 - 1 kord 2 aasta jooksul; intensiivsus 1 - 1 kord aastas; intensiivsus 0-4 korda aastas. Peamised tsunamide põhjused: maavärinad, vulkaaniliste saarte plahvatused ja veealuste vulkaanide pursked, maalihked ja maalihked. Vaatleme neid põhjuseid lühidalt eraldi. Umbes 85% tsunamidest on põhjustatud veealustest maavärinatest. See on tingitud paljude ookeanipiirkondade seismilisusest. Aastas toimub keskmiselt 100 000 maavärinat, millest 100 on katastroofilised. Keskmiselt kord 10 aasta jooksul põhjustab maavärin Vaikses ookeanis tsunami, mille keskmine kõrgus on kuni 8 m (kohati kuni 20-30 m) (intensiivsus 4). 4-8 m kõrgune (seismilise päritoluga) tsunami esineb kord 3 aasta jooksul, 2-4 m kõrgusel - igal aastal. Kaug-Idas (RF) toimub 10 aasta jooksul 3-4 tsunamit, mille kõrgus on üle 2 m Venemaa kõige traagilisem tsunami leidis aset 4. novembril 1952. aastal Severo-Kurilskis. Linn hävis peaaegu täielikult. Maavärin algas öösel, umbes 40 minutit pärast selle lõppemist kukkus linnale veešaht, mis mõne minuti pärast taandus. Merepõhi paljandus mitusada meetrit, kuid umbes 20 minuti pärast tabas linna enam kui 10 m kõrgune laine, mis hävitas peaaegu kõik, mis teele jäi. Pärast linna ümbritsevatelt küngastelt peegeldumist veeres laine madalikule, kus varem oli olnud kesklinn, ja lõpetas hävingu. Tsunami tabas linnaelanikke üllatusena. Maal on kaks maavärinakolde tsooni. Üks asub meridionaalses suunas ja kulgeb mööda Vaikse ookeani ida- ja läänekallast. See tsoon tekitab suurema osa tsunamist (kuni 80%). Teine maavärinaallikate tsoon asub laiuskraadil - Apenniinid, Alpid, Karpaadid, Kaukaasia, Tien Shan. Selles tsoonis esinevad tsunamid Vahemere, Aadria mere, Araabia ja Musta mere rannikul ning India ookeani põhjaosas. Vähem kui 20% kõigist tsunamidest toimub selles tsoonis. Tsunami tekkemehhanism maavärinate ajal on järgmine. Peamine põhjus on merepõhja topograafia kiire muutumine Ch. 10 lainet ookeanis 213 (libisemine), põhjustades ookeani pinna kõrvalekaldeid selle tasakaaluasendist. Vee madala kokkusurutavuse tõttu toimub liikumispiirkonnas olulise veemassi kiire laskumine või tõus. Tekkivad häired levivad pikkade gravitatsioonilainetena. Maavärinate kvantitatiivseks kirjeldamiseks kasutatakse intensiivsust ja magnituudi. Intensiivsust hinnatakse punktides (12-palline MSK-64 skaala). (Jaapanis on 7-palline skaala.) Punkt – maapinna või pinnase raputamise mõõtühik. Peamine omadus, mis määrab intensiivsuse, on muldade reaktsioon seismilistele lainetele. Maavärina energia määrab selle tugevus M. Kõige olulisem ülesanne seismilise päritoluga tsunamide prognoosimisel on maavärinate tsunamigeensuse tunnuste tuvastamine. Praegu arvatakse, et kui maavärina tugevus ületab teatud läviväärtuse Mn, allikas asub merepõhja all, siis on maavärin tsunamigeenne. Jaapani jaoks on pakutud välja empiirilised valemid, mis seovad tsunamigeensete maavärinate tugevust ja allika sügavust N(kilomeetrites): Mitte rohkem kui 0,1 maavärina ajal vabanenud energiast ei muutu tsunami energiaks. Väliandmete analüüsi tulemusena tehti kindlaks järgmised tsunamigeensete maavärinate allika omadused. Energia levib peamiselt mööda normaalset allika peateljeni. Suunatuse aste sõltub kahjustuse pikenemisest. Suurte tsunamide allikad on reeglina väga piklikud. Nende teljed on orienteeritud paralleelselt lähima ranniku, lohu või saarekaarega, seega on põhiline energiaallikas suunatud mere poole. Laine amplituudi piki riket ja laine amplituudi suhe rikkega risti olevas suunas on ligikaudu 1/10-1/15. Üksikud mõõtmised kinnitavad seda, näiteks 1964. aasta Alaska maavärina põhjustatud tsunami, mille laineid registreeriti mitmes Vaikse ookeani seismilises jaamas. See võimaldas koostada üsna üksikasjaliku tsunami kiirgusmustri. Veealused maavärinad ei põhjusta mitte ainult tsunamilaineid, vaid võivad põhjustada epitsentripiirkonnas tugevaid veekihi häireid, mis võivad avalduda vertikaalse vahetuse järsu suurenemisena ookeanis. Vertikaalne 214 10. peatükk Lained ookeanis Vahetus toob kaasa ookeani temperatuuri, soolsuse ja värvi väljade muutumise. Süvavee eraldumine pinnale toob kaasa ulatusliku ookeanipinna temperatuurianomaalia tekkimise. Toitainete eemaldamine pinnakihti, mis on tavaliselt nendest ainetest ammendunud, toob kaasa fütoplanktoni kontsentratsiooni suurenemise. Kuna fütoplankton on troofilise ahela esmane lüli ja määrab vete bioproduktiivsuse, on võimalikud sellised nähtused nagu kalade, mereloomade jm ränne otse epitsentraalpiirkonna kohal, ilmnevad tugevad veekihi häired, mis avalduvad vesi, veesammaste heitmed ja kuni 10 m amplituudiga järskude lainete teke. Satelliidi ookeani pinnatemperatuuri ja seismiliste andmete analüüs näitas ookeani pinna temperatuuri langust ja klorofülli a kontsentratsiooni suurenemist, mis järgnesid mitmele suurele veealusele maavärinale Sulawesi saare lähedal (Indoneesia, 2000). Laboratoorsete katsete seeria võimaldas kindlaks teha, et kõikumised basseini põhjas võivad põhjustada vertikaalsete voolude teket, mis võivad hävitada olemasoleva stabiilse kihistumise ja viia pinnale külma ja toitainerikka süvavee vabanemiseni. mis viib ookeani pinnatemperatuuri ja klorofülli kontsentratsiooni anomaaliate tekkeni. Maa peal on umbes 520 aktiivset vulkaani, millest kaks kolmandikku asuvad Vaikse ookeani kallastel ja saartel. Nende pursked viivad sageli tsunamideni. Toome mõned näited. Kui 26. augustil 1883 Indoneesias Krakatoa vulkaan plahvatas, ulatus tsunamilaine kõrgus 45 meetrini, hukkus 36 000 inimest. Tsunami lained pühkisid üle kogu maailma. Selle katastroofi energia võrdub 250-500 tuhande Hiroshima tüüpi aatomipommi plahvatuse energiaga. 35 sajandit tagasi Egeuse meres vulkaanilise saare Tüürose plahvatus (varem nimetati vulkaani ja saart Santoriniks) põhjustas Minose tsivilisatsiooni surma. See sündmus oli tõenäoliselt Atlantise prototüüp. Projekti Sojuzmornia töötajad S. Strekalov ja B. Duginov kirjeldavad Minose tsivilisatsiooni surma järgmiselt. "Suurt Minose tsivilisatsiooni eristasid ületamatud kunstiteosed ja kunstiline käsitöö, majesteetlikud paleed. 15. sajandi keskel. eKr e. Kreetat tabas katastroof. Peaaegu kõik paleed hävitati, 10. peatükk. Lained ookeanis 215 Asulad olid nende elanike poolt maha jäetud. Surma kohta on kaks hüpoteesi. Ühe arvates hävitasid selle barbarid – ahhaia kreeklased, teise järgi oli põhjuseks looduskatastroof. Umbes 3,5 tuhat aastat tagasi plahvatas vulkaaniline Santorini saar Egeuse meres. Katastroofi tagajärjel tekkisid hiiglaslikud lained, mis tabasid Kreeta saart ja levisid Egiptusesse, ujutades üle Niiluse delta. Kas see oli nii? Kas see võib tõesti saada tsivilisatsiooni surma põhjuseks? Need küsimused määrasid järgmise hüdrodünaamilise probleemi sõnastuse: „Katastroofiline tsunami Kreeta rannikul ja Egiptuses 15.–14. eKr." Kreeta rannikuvööndis avastati keraamikatooteid vee all 8–30 m sügavuselt ning iidsetest aegadest pärit ehitusplokke 30–35 m sügavuselt. Lähtudes sellest, et mõõnlaine on võrdne tõusulainega, oli ka esimene kõrgus 30-35 m. Sellise laine analooge otsides ligikaudu vastavas veealuses ja pinnapealses topograafias, pöördusime kõige rohkem viimaste sajandite võimas looduskatastroof - Krakatau vulkaani plahvatus (19. sajandi lõpus .). Seal ulatus tsunamilaine allikas olemasolevate andmete kohaselt 40 m kõrgusele. Analoogi põhjal eeldasime, et Santorini saare piirkonnas toimus kell 8,5-magnituudine maavärin. sügavus umbes 300 m. Lisaks võtsime lähtetelje suuna nii, et see langeks kokku Santorini saare piirkonna isobaatide suunaga ja paralleelselt Kreeta saare pikisuunaga. Seejärel leiti Sojuzmorniiproektis välja töötatud algse metoodika abil tehtud arvutuste tulemusena, et esialgsetel andmetel peaks üks solitoni tüüpi tsunamilaine kõrgusega 44 m ja pikkusega umbes 100 km olema. tekkinud; allika pikitelje pikkus on 220 km ja laius 50 km. Sellise laine levik võimaldab eeldada järgmist. Lähtest lõuna pool laine väheneb ja Kreeta põhjarannikul on selle kõrgus 31 m Saare lahtedesse jõudes tõuseb laine kõrgus 50 meetrini ja pärast peegeldumist järskudelt kaldalt. ja mandri nõlval võivad üksikud pritsmed ulatuda 60-100 m kõrgusele. Vahemere laine läbib väinasid, mis nõrgeneb saarte varjestuse tõttu. Kasose väinast väljumisel Kreeta lõunarannikul on laine kõrgus 9,3 m. Pärast Vahemere ületamist ja mandri nõlva ja šelfi vastasmõju Niiluse delta piirkonnas on selle kõrgus 4 m Niiluse delta, millel on madal pinnakalle 216 10. peatükk. Lained ookeanis. (umbes 5,5 10~ 5) levib laine 73 km kaugusel kuni põhikalda suudmeni, st peaaegu kogu delta merepoolne osa on üleujutuse all. Niiluse deltas oli mitme tuhande aasta pikkuse ajaloolise perioodi jooksul loopealsete sadestumise kiirus peaaegu konstantne ja võrdus 0,9–1,3 mm aastas. Erandiks on II aastatuhat eKr, mil täiesti selgetel põhjustel ei leitud ühtegi märgatavat loopealset. Võib oletada, et sel perioodil delta üleujutanud tsunamilaine uhtus minema ja kandis merre kogu pinnapealse loopealse. Santorini saarel toimunud katastroofil olid koos keskkonnaga seotud katastroofidega tõenäoliselt ka tõsised sotsiaalsed tagajärjed. Hiiglaslikud, 30-50 m kõrgused lained olid üsna võimelised hävitama Kreetal eksisteerinud Minose tsivilisatsiooni. Niiluse delta üleujutus XVIII lõpus - XIX alguse vaaraode dünastia oli peamiselt ökoloogilise olukorra järsu halvenemise tagajärg, mis oli seotud viljaka mullakihi kadumise, sooldumise ja soode tekkega. Delta põllumajanduskriisist tingitud sotsiaalsed tagajärjed võisid lõpuks kaasa aidata Egiptuse kuningriigi allakäigu algusele. Hiljuti (01.08.1933) põhjustas Kharimkatani saarel toimunud vulkaaniplahvatus tsunami, mille lained ulatusid 9 meetrini (Kurili mäestik). Kõige muljetavaldavam näide tsunamilaine tekkest maalihke ajal toimus 10. juulil 1958. 300 miljoni m 3 kivimahuga laviini laskumine Mount Fairweatheri (Alaska) nõlvadelt Lituya lahte tekitas tsunami. 60 m kõrgune maksimaalse pritsmega 524 m (prits on veetõusu kõrgus häirimatu taseme suhtes, kui laine veereb kaldale). Kuni 15 m kõrguse tsunami põhjustasid 200 m kõrguselt alla kukkunud kivikillud (Madeira saar, 1930). Norras 1934. aastal põhjustas 37 m kõrgune tsunami 3 miljonit tonni kaaluva kivi kukkumisel 500 m kõrguselt. Maalihked ookeani kaeviku nõlval (Puerto Rico) 1951. aasta detsembris põhjustasid tsunamilaine. Ookeani mandrinõlval täheldatakse sageli maalihkeid ja hägusushoovusi, maalihete või hägusushoovuste tekke ja läbimise näitajate rolli mängivad aga kaablite ja torustike purunemised. 6. oktoobril 1979 tabas Nice'i lähedal Côte d'Azuri rannikut 3 m kõrgune tsunami. Põhjalik seismiline analüüs Ch. 10. Lained ookeanis 217 Olukord ja ilmastikutingimused võimaldasid järeldada, et tsunami põhjustasid veealused maalihked. Inseneritööd riiulil võivad vallandada maalihked ja selle tulemusena tsunami. Aatomi- ja vesinikupommide plahvatused vees võivad põhjustada tsunami-tüüpi laine. Näiteks Bikini atollil tekitas Bakeri plahvatus epitsentrist 300 m kaugusel umbes 28 m kõrgused lained. Sõjavägi kaalus tsunami kunstliku tekitamise küsimust. Kuid kuna tsunami tekkimisel muundub laineenergiaks vaid väike osa plahvatusenergiast ja tsunamilaine suund on madal, siis tehistsunami (võimas laine ülestõusmine teatud aja jooksul) tekitamise energiakulud. osa rannikust) on väga kõrged. Tsunami arengus eristatakse tavaliselt 3 etappi: 1) lainete teke ja levimine allika läheduses; 2) lainete levik suure sügavusega avaookeanis; 3) lainete muundumine, peegeldumine ja hävimine riiulil, nende kaldale jooksmine, resonantsnähtused lahtedes ja riiulil. Nende etappide uurimine on oluliselt erinev. Lainete arvutamise hüdrodünaamilise probleemi lahendamiseks on vaja seada algtingimused - nihkete ja kiiruste väljad allikas. Neid andmeid saab hankida otse ookeanis tsunamit mõõtes või kaudselt tsunamit tekitavate protsesside omadusi analüüsides. Esimesed tsunami registreerisid avaookeanis S. L. Solovjov jt 1980. aastal Lõuna-Kuriili saarte lähedal. Põhimõtteline võimalus allikas parameetrite määramiseks on pöördprobleemi lahendamise põhjal – tsunami vähestest ilmingutest kaldal lähtudes määrake selle parameetrid allikas. Sellise pöördülesande õigeks lahendamiseks on aga reeglina väga vähe loomulikke andmeid. Tsunami avaldumise ennustamiseks rannikuvööndis ja muude insenertehniliste probleemide lahendamiseks on vaja teada murdumisest tingitud lainefrondi kõrguse, perioodi ja suuna muutumist. Seda eesmärki täidavad murdumisdiagrammid, mis näitavad samaaegselt erinevatel kaugustel asuvate laineharjade (frontide) asukohta või sama laine harja asukohti erinevatel aegadel. Kiired (ortogonaalsed esikülgede asukohaga) on joonistatud samale kaardile. Eeldades, et kahe ortogonaali vaheline energiavoog säilib, saame hinnata laine kõrguse muutust. Kiirte ristumiskoht toob kaasa lainekõrguse piiramatu tõusu. Võimsus üle antud 220 10. peatükk. Lained ookeanis Tõusev murdja – laine veereb järskudel nõlvadel purunemata. Merelained Merelained mere või ookeani pinna perioodilised võnkumised, mis on põhjustatud vee edasi-tagasi või ringikujulisest liikumisest. Olenevalt liikumise põhjustest, tuulelained, tõusulained ( looded Ja mõõnad), rõhk (seiches) ja seismiline ( tsunami). Lained on iseloomustatud kõrgus, võrdne laineharja ja põhja vahelise vertikaalse kaugusega, pikkus– horisontaalne kaugus kahe kõrvuti asetseva harja vahel, leviku kiirus Ja periood. Tuulelainete jaoks kestab see u. 30 s, rõhu ja seismilise - mõnest minutist mitme tunnini, loodete korral mõõdetakse tundides. Kõige tavalisem reservuaarides tuul lained. Need tekivad ja arenevad tänu hõõrdumise tõttu vette kantud tuuleenergiale ja õhuvoolu rõhule laineharjade nõlvadel. Need on alati avatud ookeanis ja võivad olla väga erineva suurusega, ulatudes pikkuseni. kuni 400 m, kõrgus merepinnast 12–13 m ja levimiskiirus 14–15 m/s. Max registreeritud kõrge tuulelained on 25–26 m ja võimalikud ka kõrgemad lained. Arengu algfaasis kulgevad tuulelained paralleelsetes ridades, mis seejärel lagunevad eraldi harjadeks. Sügavas vees määravad lainete suuruse ja iseloomu tuule kiirus, selle toime kestus ja kaugus tuulealusest ruumist; madal sügavus piirab lainete kasvu. Kui häire põhjustanud tuul vaibub, siis muutuvad tuulelained nn. paisuma. Seda täheldatakse sageli samaaegselt tuulelainetega, kuigi see ei lange alati nende suuna ja kõrgusega kokku. Surfitsoonis nö surfibiidid– perioodiline veetaseme tõus kõrgete lainete rühma lähenemisel. Kõrge tõus võib olla 10 cm kuni 2 m, harvemini kuni 2,5 m Seiche'id täheldatakse tavaliselt piiratud veekogudes (mered, lahed, väinad, järved) ja need on seisulained, mis on enamasti põhjustatud atmosfääri kiirest muutusest. . surve, harvem muudel põhjustel (äkiline tulvavee sissevool, tugevad vihmad jne). Kord tekitatud veetaseme deformatsioon põhjustab selles järk-järgult summutatud võnkumisi. Samas mõnel hetkel püsib veetase konstantne – see on nn. seisva laine sõlmed. Kõrge Sellised lained on tähtsusetud - tavaliselt mõnikümmend sentimeetrit, harva kuni 1–2 m. Geograafia. Kaasaegne illustreeritud entsüklopeedia. - M.: Rosman.
Toimetanud prof. A. P. Gorkina.
2006
. Mere või ookeani pinna häired, mida põhjustavad tuul, Kuu, Päikese ja loodete jõud, veealused maavärinad jne. Need jagunevad tuule-, loodete-, gravitatsiooni- (tsunamiteks) jne. Veekeskkonna pinnal esinevad lained. ... ... Meresõnaraamat Lained mere või ookeani pinnal. Tänu oma suurele liikuvusele väljuvad veeosakesed erinevate jõudude mõjul kergesti tasakaaluseisundist ja sooritavad võnkuvaid liigutusi. Lainete ilmnemise põhjused on ... ... LAINED meri- veeosakeste vibratsioon ümber tasakaaluasendi, mis levib merre. Neid põhjustavad tuul, loodete jõud, atmosfäärirõhu muutused, maavärinad, tahkete kehade liikumine vees jne. Laine liikumise põhielemendid... ... Mereentsüklopeediline teatmeteos Lained, mis tekivad ja levivad piki vedeliku vaba pinda või kahe segunematu vedeliku piirpinnal. V. p.zh. tekivad välismõjude mõjul, mille tulemusena vedeliku pind... ... Suur Nõukogude entsüklopeedia Häired, mis levivad ruumis piiratud kiirusega ja kannavad endaga energiat ilma ainet üle kandmata. Kõige levinumad on elastsed lained (meri, heli jne). Elektromagnetlaineid erutavad aatomid, molekulid,... ... Meresõnaraamat Sea Waves Žanri dokumentaalfilm Režissöör (((Režissöör))) Edison Film Company ... Wikipedia LAINED- Unes lainete nägemine tähendab takistusi äris, pingutusi ja võitlust edu nimel. Kui lained on selged, tähendab see, et saate uusi teadmisi, mis aitavad teil elus paremaid otsuseid teha. Räpased lained tähistavad viga, mis on täis parandamatut ... ... Melnikovi unenägude tõlgendamine Tahmatiir (Onychoprion fuscata) võib õhus püsida 3-10 aastat, laskudes vaid aeg-ajalt vette... Wikipedia Foto suurest lainest lähenemas kaubalaevale. Umbes 1940. aastate Killer Waves (Rogue Waves, Monster Waves, White Waves, Inglise Rogue Waves ... Wikipedia See leht on sõnastik. # A... Vikipeedia Ookeani lained Tuule lained tekivad tuule (õhumasside liikumise) mõjul vee pinnale, st süstimisest. Lainete võnkeliikumise põhjus muutub kergesti mõistetavaks, kui märkad sama tuule mõju nisupõllu pinnal. Selgelt on näha laineid tekitavate tuulevoogude püsimatus. Tulenevalt asjaolust, et vesi on õhust tihedam aine (umbes 800 korda), on vee reaktsioon tuule mõjule mõnevõrra "viivitatud" ja lained muutuvad laineteks alles mõne vahemaa ja aja möödudes, pideva kokkupuute korral. tuulutada. Kui võtta arvesse selliseid parameetreid nagu tuulevoolu püsivus, selle suund, kiirus, mõjuala, aga ka veepinna pinna eelnev vibratsiooni olek, siis saame laine suuna. , laine kõrgus, lainesagedus, mitme vibratsioonisuuna superpositsioon samal ala veepinnal. Tuleb märkida, et laine suund ei lange alati kokku tuule suunaga. See on eriti märgatav tuule suuna muutumisel, erinevate õhuvoolude segunemisel, mõjukeskkonna tingimuste muutumisel (avameri, sadam, maismaa, laht või mõni muu piisavalt suur keha, et muuta löögi tendentsi ja laine teke) - see tähendab, et mõnikord summutab tuul laineid. Süvameres määravad lainete suuruse ja lainete iseloomu tuule kiirus, selle toime kestus, tuulevälja struktuur ja rannajoone konfiguratsioon, samuti kaugus tuuletuulest. kaldalt tuule suunas kuni vaatluspunktini. Erinevalt pidevatest vooludest jõgedes, mis voolavad peaaegu samas suunas, sisaldub lainete energia nende vertikaalvõnkumistes ja madalal sügavusel osaliselt horisontaalsetes. Laine kõrguseks või õigemini selle levikuks loetakse 2/3 keskmisest veepinnast ja ainult 1/3 sügavuseks. Ligikaudu sama suhet täheldatakse ka üles-alla liikuva laine kiiruses. Tõenäoliselt on selle erinevuse põhjuseks laine liikumist mõjutavate jõudude erinev iseloom: veemassi tõustes mõjub peamiselt rõhk (laine pressitakse merest sõna otseses mõttes välja antud piirkonnas suurenenud veesurve toimel ja suhteliselt madal takistus-õhurõhk). Kui laine liigub allapoole, on peamised mõjuvad jõud gravitatsioon, vedeliku viskoossus ja tuule rõhk pinnale. Sellele protsessile mõjuvad vastu: vee eelmise liikumise inerts, mere siserõhk (vesi annab aeglaselt teed laskuvale lainele – liigub rõhku lähedalasuvatele veealadele), vee tihedus, tõenäoline ülespoole suunatud õhuvoolud (mullid), mis tekivad laineharja ümberminekul jne. Eriti oluline on märkida asjaolu, et tuulelained on kontsentreeritud tuuleenergia. Lained kanduvad edasi pikkade vahemaade taha ja säilitavad energiapotentsiaali pikka aega. Nii võib sageli täheldada tormi või tuisu järel, kui tuul on juba ammu vaibunud, või tuulevaikuse ajal ärevat merd. See annab lainetele taastuva energiaallikana suure eelise tänu nende suhtelisele püsivusele ja prognoositavusele, kuna lained tekivad pärast tuule tulekut peaaegu väikese viivitusega ja eksisteerivad veel kaua pärast seda, liikudes pikkade vahemaade taha, mis muudab lainetest elektri tootmise. kulutõhusam võrreldes tuulegeneraatoritega. Siia tuleks lisada merelainete püsivus olenemata kellaajast või pilvisusest, mis muudab lainegeneraatorid päikesepaneelidega võrreldes kuluefektiivsemaks, kuna päikesepaneelid toodavad elektrit ainult päevasel ajal ja soovitavalt selge suveilmaga - talvel. tootlikkuse protsent langeb 5%-ni eeldatavast aku võimsusest. Veepinna kõikumised on päikese aktiivsuse tagajärg. Päike soojendab planeedi pinda (ja ebaühtlaselt - maa soojeneb kiiremini kui meri), pinnatemperatuuri tõus toob kaasa õhutemperatuuri tõusu - ja see omakorda õhu paisumise, mis tähendab rõhu tõus. Õhurõhu erinevus erinevates atmosfääri piirkondades koos Coriolise jõuga on tuule tekke peamised tegurid. Ja tuul teeb laineid. Tuleb märkida, et see nähtus toimib hästi ka vastupidises suunas, kui planeedi pind jahtub ebaühtlaselt. Kui võtta arvesse võimalust suurendada energia kontsentratsiooni pinna ruutmeetri kohta, vähendades põhja sügavust ja (või) luues lainekorrale - vertikaalseid tõkkeid, siis muutub elektri saamine veepinna lainevõnkumisest väga tulus pakkumine. Hinnanguliselt suudab inimkond maailmamere lainete energiast vaid 2-5% kasutades katta kõik oma praegused elektrivajadused globaalsel tasandil 5 korda [
] . Lainegeneraatorite reaalsuseks muutmise raskus seisneb veekeskkonnas endas ja selle muutlikkuses. On teada juhtumeid, kus lainekõrgus on 30 meetrit või rohkem. Tugevad häired või lainete kõrge energiakontsentratsioon poolustele lähemal asuvates piirkondades (keskmiselt 60-70 kW/m2). See asjaolu seab põhjapoolsetel laiuskraadidel töötavad leiutajad ülesandega tagada seadme nõuetekohane töökindlus kui tõhususe tase. Ja vastupidi - Vahemeres ja Mustas meres, kus lainete energiaintensiivsus on keskmiselt umbes 10 kWh / ruutmeetri kohta, on disainerid lisaks paigaldise vastupidavusele ebasoodsates tingimustes sunnitud otsima võimalusi, kuidas suurendada paigaldise tõhusust, mis viib viimase alati kuluefektiivsemate paigaldiste loomiseni. Näiteks on Austraalia Oceanlinxi projekt. Vene Föderatsioonis ei ole see elektritootmise nišš veel täidetud, hoolimata praktiliselt piiramatutest erineva energiaintensiivsusega veealadest, alustades Baikalist, Kaspia merest, Mustast merest ning lõpetades Vaikse ookeani ja teiste põhjapoolsete veealadega. külmumisperiood), kuid Venemaa ettevõtted töötavad juba oma lainegeneraatoritega, mis suudavad lainetest elektrienergiat ammutada. Näiteks on OceanRusEnergy Jekaterinburgist. Lisaks muutub mereelustik kohtades, kus lained muunduvad elektriks, rikkamaks tänu sellele, et põhi ei allu tormi ajal hävitavatele mõjudele. Häirega kaasneb veemasside liikumine. Veeosakeste liikumine lainete ajal toimub avatud orbiitidel ja on juhuslik, korratu protsess, mida on teoreetiliselt raske kirjeldada ja mis sõltub paljudest teguritest. Meretuule lainete põhielemendid on järgmised: kõrgus h - vertikaalne kaugus lainesügavusest harjani; pikkus X - horisontaalne kaugus kahe järjestikuse harja või süvendi vahel; periood T on ajavahemik kahe järjestikuse laine tipu läbimise vahel läbi fikseeritud vertikaali. Meretuule lainete kõrgus maapinnalt merepõhja liikudes väheneb. Klassikalise trohhoidaalse lainete teooria kohaselt väheneb nende kõrgus sügavusega vastavalt eksponentsiaalseadusele h 2 = ta -2r/ ^ (3,1) kus z on sügavus merepinnast; h z ja h on vastavalt lainete kõrgus sügavusel z ja merepinnal. Tegelikult toimub lainete sumbumine sügavusega mõnevõrra kiiremini, kui see tuleneb klassikalisest laineteooriast. Väliuuringute tulemused näitavad, et pinnalainete kõrguse vähenemine koos sügavusega vees tooriumi, mille sügavus on lainepikkusest 2 korda või enam suurem, saab õigesti hinnata avaldisega h z = he -5,5(z/X)0,8. (3.2) Tehniliste arvutuste jaoks ei ole sellised selgitused aga olulised. Näidatud veealadel saab lainekõrguse h z sügavusel z ligikaudselt arvutada lihtsa reegli alusel: kui sügavus suureneb aritmeetilises progressioonis, siis lainekõrgus väheneb geomeetrilises progressioonis (tabel 3.1). Tuulelained jagunevad sundlaineteks, mis tekivad ja on tuulerõhu mõjul, ja vabadeks laineks, mis tekivad pärast tuule peatumist või väljuvad selle toimepiirkonnast. Vabalaineid nimetatakse ka paisulaineteks. Looduslikes tingimustes tehtud lainetuse arvukate vaatluste tulemused näitavad, et süvamerealade puhul, kus põhi ei mõjuta tuulelainete kuju ja suurust, võime eeldada, et tuulelainete puhul on X « 20h ja paisulainete puhul X « 30h ( Tabel 3.2). Lainete teel esinevad takistused on allutatud hüdrodünaamilistele koormustele. Kaasaegsete hüdrodünaamika kontseptsioonide kohaselt on mis tahes silindrilisele takistusele mõjuva lainerõhu kogujõu peamised komponendid tõmbejõud, inertsiaaljõud ja vee löögi jõud takistusele. Tõmbejõud on võrdeline orbiidi liikumise lineaarse kiiruse ruuduga. Selle maksimaalne väärtus saavutatakse siis, kui laineharja ülaosa möödub monotoest. Tõmbejõud tuleneb asjaolust, et takistuse pinnale, kui selle ümber voolab viskoosne vedelik, tekib keerisestruktuuri piirkiht, mis teatud tingimustel perioodiliselt katkeb. energia, Tabel 3.1 Laine kõrguse vähenemine koos mere sügavusega (suhtelistes ühikutes) Tabel 3.2 Tuulelainete astme (lugeja) ja lainetuse (nimetaja) skaalad < 0, 25 - 0,75 Mõõdukas kulub keeriste tekkeks ja vee hõõrdumise ületamiseks takistuse vastu tekitab tõmbejõu. Inertsiaaljõud on seletatav asjaoluga, et lainetingimustes voolab takistus ümber erineva kiirusega veevoolu. Vee liikumise kiiruse muutumine ajas tekitab jõu, mille suurus on otseselt võrdeline voolu kiirendusega. Selle jõu maksimaalne väärtus saavutatakse lainelõigul, mille asend vastab ligikaudu häirimatule merepinnale. Seega on tõmbejõu suhtes inertsiaaljõu faasinihe võrdne r/2-ga. Löögi jõud on põhjustatud voolukiiruse järsust vähenemisest ja sellega kaasneb pritsmed. See jõud on võrdeline ruuduga voolukiiruse kiirus. Selle maksimaalne väärtus saavutatakse faasis maksimaalse tõmbejõuga. Üksikute komponentide roll lainete ja erinevate parameetritega takistuste kogujõus on erinev. Suhteliselt väikeste lainete puhul, millega ei kaasne purunemist, mängib inertsiaalkomponent suurimat rolli. Suurte järskude lainete korral, eriti pritsmete korral, mängivad suurt rolli tõmbe- ja löögijõud. Üheks oluliseks kriteeriumiks laine survejõudude määramisel on suhtelise sügavuse parameeter – veeala H sügavuse suhe lainepikkusesse X. Kui H/ X > 0,5, siis loetakse veeala süvaveeliseks ja see on oletatakse, et merepõhi ei mõjuta oluliselt takistuse ümber toimuvat voolu. Laualt 3.1 on selge, et juba 2/X = 5/9 on lainekõrgus vaid umbes 3% pinnakõrgusest. Ilmselgelt on sügavusel, kus lainekõrgused on väikesed, ka lainerõhk takistustele väike. See määrab takistusele tekkiva lainerõhu väärtuste sõltumatuse veeala sügavusest, kui H/X > 0,5. Laineelementide X ja h vahelise seose stabiilne olemus (vt tabel 3.2) võimaldab liikuda parameetrilt H/X parameetrile H/h, mis on praktikas arvutuste jaoks mugavam. Siis võime järeldada, et lainerõhu jõu määramisel võib ignoreerida põhja mõju ümber takistuse voolavate lainete olemusele, kui H/h > 10. Madalas vees ja surfitsoonis jääb lainepikkuse kasv nende kõrguse kasvust maha. Lainete tasasus siin väheneb ja saavutab väärtuse X/h = 8+12. Seetõttu võib parameetri H/h madalamate väärtuste korral ignoreerida põhja mõju vooluprotsessile ümber takistuse madalas vees.
tuule toime;
ra või pärast lainete lahkumist tuuletsoonist;
ja kõrgus kaldale veeremisel võib ulatuda kümnete meetriteni. Need lained on väga pikad, nende puhul kehtib madala vee teooria.
Vaadake, mis on "merelained" teistes sõnaraamatutes:
Raamatud
Vertikaalne laine liikumine
Lained kui taastuv energiaallikas
Vaata ka
Märkmed
Kirjandus
Kordustrükk: G.G. Stokes.
