Seegolf

Seegolwe is oppervlakgolwe op 'n oseaan. Soos die wind waai, stoot dit die oseaan se water daarvoor uit en verplaas dit so van die windenergie na die water deur middel van wrywing.

Oseaangolwe

'n Groot golf met 'n branderplankryer

Groot golwe aan die kus van Newport, Kalifornië.

Golwe in die Middelandse See

In vloeidinamika is seegolwe, of windgegenereerde golwe, 'n wateroppervlakgolf wat op die vrye oppervlak van waterliggame voorkom. Dit is die resultaat van wind wat oor 'n vloeistofoppervlak beweeg. Golwe in die oseaan kan duisende kilometers ver reis voordat hulle land bereik. Seegolwe op aarde wissel in grootte van klein rimpelings tot golwe wat meer as 30 m hoog is. Die hoogte word beperk deur windsnelheid, duur, bepaalde gebied en waterdiepte.

Soos die oseaandiepte vergroot, verklein die golwe; daar kom tog soms fratsgolwe voor, somtyds tot 30 meter hoog. Sulke golwe verskil van tsoenami's, wat deur aardbewings onder die water veroorsaak word en slegs naby die kus voorkom.

As dit direk deur plaaslike waters gegenereer word, word 'n windgolfstelsel 'n windsee genoem. Windgolwe sal in 'n groot sirkelroete beweeg nadat hulle gegenereer is – dit buig effens links in die Suidelike Halfrond en effens regs in die Noordelike Halfrond. Nadat dit uit die gebied beweeg het, word windgolwe deinings genoem en kan dit duisende kilometers ver beweeg. 'n Opmerklike voorbeeld hiervan is golwe wat tydens swaar winde suid van Tasmanië gegenereer word en oor die Stille Oseaan na die suide van Kalifornië sal beweeg; dit skep wenslike branderrytoestande. Meer algemeen bestaan 'n deining uit windgegenereerde golwe wat op daardie tydstip nie noemenswaardig deur die plaaslike wind beïnvloed is nie. Dit is elders of 'n geruime tyd gelede gegenereer.^[1] Seegolwe in die oseaan word see-oppervlakgolwe genoem en is hoofsaaklik swaartekraggolwe.

Die NOAA-skip Delaware II in gure weer op Georges Bank.

Windgolwe het 'n sekere mate van ewekansigheid: Daaropvolgende golwe verskil in hoogte, duur en vorm met beperkte voorspelbaarheid. Dit kan beskryf word as 'n stogastiese proses, in kombinasie met die fisika wat hul opwekking, groei, voortplanting en verval reguleer, sowel as die interafhanklikheid tussen vloeikwaliteit soos die wateroppervlakbewegings, vloeitempo en waterdruk. Die sleutelstatistieke van windgolwe (beide seë en deinings) in ontwikkelende seestate kan met windgolfmodelle voorspel word.

Alhoewel golwe gewoonlik op die oseane van die Aarde gevind word, kan die koolwaterstofsee van Titaan ('n maan van Saturnus) ook windgedrewe golwe hê.^[2][3]

Vorming

Aspekte van 'n watergolf.

Golfvorming

Beweging van waterpartikels in 'n diep golf.

Die fases van 'n oseaanoppervlakgolf: 1. Golfkruin, waar die watermassas van die oppervlaklaag horisontaal in dieselfde rigting as die voortplantende golffront beweeg. 2. Vallende golf. 3. Trog, waar die watermassas van die oppervlaklaag horisontaal beweeg in die teenoorgestelde rigting van die golffrontrigting. 4. Stygende golf.

Die oorgrote meerderheid groot golwe wat op 'n strand uitspoel, is die gevolg van verre winde. Vyf faktore beïnvloed die vorming van die vloeistrukture in windgolwe:

1. Windspoed of sterkte relatief tot golfsnelheid – die wind moet vinniger beweeg as die golfkruin vir energie-oordrag.
2. Die ononderbroke afstand van oop water waaroor die wind waai sonder noemenswaardige rigtingverandering (genoem die "strykgebied").
3. Die breedte van die gebied wat deur die strykgebied beïnvloed word (teen die regte hoek tot die afstand).
4. Windduur – die tyd wat die wind oor die water gewaai het.
5. Waterdiepte.

Al hierdie faktore werk saam om die grootte van die watergolwe en die struktuur van die vloei daarin te bepaal.

Die belangrikste afmetings wat met golwe verband hou, is:

• Golfhoogte (vertikale afstand van trog tot kruin).
• Golflengte (afstand van kruin tot kruin in die voortplantingsrigting).
• Golfperiode (tydsinterval tussen die aankoms van opeenvolgende kruine by 'n stilstaande punt).
• Golfvoortplantingrigting

'n Volledig ontwikkelde see het teoreties moontlik die maksimum golfgrootte vir 'n wind met 'n spesifieke sterkte, duur en strykgebied. Verdere blootstelling aan daardie spesifieke wind kan slegs 'n verspreiding van energie veroorsaak as gevolg van die breek van golftoppe en die vorming van "witkappe". Golwe in 'n gegewe gebied het gewoonlik 'n verskeidenheid hoogtes. Vir weerberigte en vir wetenskaplike ontleding van windgolfstatistieke, word hul kenmerkende hoogte oor 'n periode gewoonlik uitgedruk as "beduidende golfhoogte". Hierdie syfer verteenwoordig 'n gemiddelde hoogte van die hoogste derde van die golwe in 'n gegewe periode (gewoonlik êrens gekies tussen 20 minute en twaalf uur), of in 'n spesifieke golf- of stormstelsel. Die beduidende golfhoogte is ook die waarde wat 'n "opgeleide waarnemer" (bv. van 'n skeepsbemanning) kan skat uit visuele waarneming van 'n seestaat. Gegewe die wisselvalligheid van golfhoogte, is die grootste individuele golwe waarskynlik ietwat minder as twee keer die gerapporteerde beduidende golfhoogte vir 'n spesifieke dag of storm.

Golfvorming op 'n aanvanklik plat wateroppervlak deur wind word begin deur 'n ewekansige verdeling van die normale druk van onstuimige windvloei oor die water. Hierdie drukskommeling produseer normale en tangensiale (raaklynige) spanning in die oppervlakwater, wat golwe opwek. Daar word aanvaar dat:^[4]

1. Die water oorspronklik in rus is.
2. Die water nie viskeus (vertraag in vloei) is nie.
3. Die water rotasievry is.
4. Daar 'n ewekansige verdeling van normale druk is vanaf die onstuimige wind na die wateroppervlak.
5. Korrelasies tussen lug- en waterbewegings afgeskeep word.

Die tweede meganisme behels windskeerkragte op die wateroppervlak. John W. Miles het in 1957 'n meganisme vir die opwekking van oppervlakgolwe voorgestel wat geïnisieer word deur onstuimige windafskuiwingsvloei, gebaseer op die onsigbare Orr-Sommerfeld-vergelyking. Hy het gevind dat die energie-oordrag van wind na wateroppervlak eweredig is aan die kromming van die snelheidsprofiel van die wind op die punt waar die gemiddelde windspoed gelyk is aan die golfspoed. Aangesien die windspoedprofiel logaritmies teenoor die wateroppervlak is, het die kromming op hierdie punt 'n negatiewe teken. Hierdie verwantskap toon die windvloei wat sy kinetiese energie oordra na die wateroppervlak by hul skeidingsvlak.

Aannames:

1. Tweedimensionele parallelle afskuiwingsvloei.
2. Ondrukbare, onsigbare water en wind.
3. Draaivrye water.
4. Die helling van die verplasing van die wateroppervlak is klein.^[5]

Oor die algemeen kom hierdie golfvormingsmeganismes saam op die wateroppervlak voor en produseer uiteindelik ten volle ontwikkelde golwe.

Byvoorbeeld,^[6] as ons 'n plat seevlak aanneem (toestand in Beaufort 0), en 'n skielike windstroom voortdurend oor die seevlak waai, volg die proses van fisiese golfopwekking dié volgorde:

1. Onstuimige wind vorm ewekansige drukfluktuasies by die seevlak. Rimpels met golflengtes in die orde van 'n paar sentimeter word gegenereer deur die drukwisselings. (Die Phillips-meganisme)^[4]
2. Die winde werk aan op die oorspronklike gekrimpte seevlak en veroorsaak dat die golwe groter word. Namate die golwe groei, word die drukverskille groter, wat die groeitempo laat toeneem. Uiteindelik bespoedig die skuifonstabiliteit die golfgroei eksponensieel. (Die Miles-meganisme)
3. Die interaksies tussen die golwe op die oppervlak genereer langer golwe^[7] en die interaksie sal golfenergie oordra van die korter golwe wat deur die Miles-meganisme opgewek word, na die golwe wat effens laer frekwensies het as die frekwensie by die piekgolfgroottes en dan sal die golwe uiteindelik vinniger wees as die kruiswindspoed (Pierson & Moskowitz).^[8]

Toestande wat nodig is vir 'n volledig ontwikkelde see met gegewe windsnelheid, en die parameters van die gevolglike golwe
Windtoestande			Golfgrootte
Windspoed in een rigting	Strykgebied	Windduur	Gemiddelde hoogte	Gemiddelde golflengte	Gemiddelde periode en spoed
19 kilometer per uur	19 km	2 uur	0,27 m	8,5 m	3,0 sek, 10,2 km/h
37 kilometer per uur	139 km	10 uur	1,5 m	33,8 m	5,7 sek, 21,4 km/h
56 kilometer per uur	518 km	23 uur	4,1 m	76,5 m	8,6 sek, 32,0 km/h
74 kilometer per uur	1 313 km	42 uur	8,5 m	136 m	11,4 sek, 42,9 km/h
92 kilometer per uur	2 627 km	69 uur	14,8 m	212,2 m	14,3 sek, 53,4 km/h
OPMERKING: Die meeste golfsnelhede bereken uit die golflengte gedeel deur die periode is eweredig aan die vierkantswortel van die golflengte. Dus, behalwe vir die kortste golflengte, volg die golwe die diepwaterteorie. Die 8,5 meter lange golf moet óf in vlak water óf tussen diepte wees.

Tipes

Brander op 'n rotsagtige, onreëlmatige bodem. Porto Covo, wes van Portugal.

Drie verskillende soorte windgolwe ontwikkel met verloop van tyd:

• Kapillêre golwe, of rimpelings, word oorheers deur gevolge van die oppervlakspanning.
• Swaartekraggolwe, oorheers deur gravitasie- en traagheidskragte.
  • Seë, plaaslik opgewek deur die wind.
  • Swellings wat weggevoer is van waar hulle deur die wind opgewek is en in mindere of meerdere mate versprei is.

Rimpelings verskyn op gladde water as die wind waai, maar sal vinnig wegkwyn as die wind gaan lê. Die herstellende krag waarmee hulle kan voortplant, is oppervlakspanning. Seegolwe is groter, dikwels onreëlmatige bewegings wat onder volgehoue winde vorm. Hierdie golwe is geneig om baie langer te hou, selfs nadat die wind gaan lê het, en die herstellende krag wat hulle laat voortplant, is swaartekrag. Terwyl golwe van hul oorspronggebied af voortvloei, skei hulle natuurlik in groepe van gemeenskaplike rigting en golflengte. Die stelle golwe wat op hierdie manier gevorm word, staan bekend as swelle.

Individuele "dwalergolwe", veel hoër as die ander golwe in die seestaat, kan voorkom. In die geval van die Draupner-golf was die hoogte van 25 meter van die golf 2,2 keer die beduidende golfhoogte. Sulke golwe is algemeen van getye, wat veroorsaak word deur die gravitasietrekking van die maan en die son, tsoenami's wat veroorsaak word deur aardbewings of aardstortings onder water en golwe wat gegenereer word deur ontploffings onder die water of die val van meteoriete – met baie langer golflengtes as windgolwe.

Die grootste windgolwe wat ooit aangeteken is, is nie individuele golwe nie, maar standaardgolwe in uiterste seestate. Byvoorbeeld, 29 m hoë golwe is aangeteken op die RRS Discovery in 'n see met 'n beduidende golfhoogte van 18,5 m, dus was die hoogste golf slegs 1,6 keer die beduidende golfhoogte.^[9] Die grootste aangeteken, deur 'n boei (2011), was 32,3 m hoog tydens die 2007-tifoon Krosa naby Taiwan.^[10]

Spektrum

Klassifikasie van die spektrum van golwe van die see volgens golftydperk ^[11]

Oseaangolwe kan geklassifiseer word op grond van: die versteurende krag wat hulle skep; die mate waarin die versteurende krag hulle na die vorming bly beïnvloed; die mate waarin die herstelkrag hulle verswak of verplat; en hul golflengte of periode. Seismiese seegolwe het ongeveer 20 minute en snelhede van 760 km/h. Windgolwe (diepwatergolwe) het ongeveer 'n periode van 20 sekondes.

Golftipe	Tipiese golflengte	Versteurende krag	Herstel van krag
Kapillêre golf	<2   cm	Wind	Oppervlakspanning
Windgolf	60-150 m	Wind oor die see	Swaartekrag
Seiche	Groot, veranderlik; 'n funksie van bakgrootte	Verandering in atmosferiese druk, stormstuwing	Swaartekrag
Seismiese seegolf (tsoenami)	200 km	Fout van seebodem, vulkaniese uitbarsting, grondverskuiwing	Swaartekrag
Gety	Die helfte van die omtrek van die aarde	Gravitasie-aantrekkingskrag, rotasie van die aarde	Swaartekrag

Die snelheid van alle seegolwe word beheer deur swaartekrag, golflengte en waterdiepte. Die meeste kenmerke van seegolwe hang af van die verband tussen hul golflengte en waterdiepte. Golflengte bepaal die grootte van die bane van watermolekules binne 'n golf, maar waterdiepte bepaal die vorm van die bane. Die paaie van watermolekules in 'n windgolf is slegs sirkelvormig as die golf in diep water beweeg. 'n Golf kan nie die bodem "voel" as hy dieper as die helfte van sy golflengte deur water beweeg nie, omdat te min golfenergie in die klein sirkels onder daardie diepte is. Golwe wat deur dieper as die helfte van hul golflengte deur water beweeg, staan bekend as diepwatergolwe. Aan die ander kant word die bane van watermolekules in golwe wat deur vlak water beweeg, afgeplat deur die nabyheid van die seebodem. Golwe in water vlakker as ¹⁄₂₀ met hul oorspronklike golflengte staan bekend as vlakwatergolwe. Oorgangsgolwe beweeg deur water dieper as ¹⁄₂₀ van hul oorspronklike golflengte, maar vlakker as die helfte van hul oorspronklike golflengte.

Oor die algemeen geld: hoe langer die golflengte, hoe vinniger beweeg die golfenergie deur die water. Die verband tussen die golflengte, periode en snelheid van enige golf is:

${\displaystyle C={L}/{T}}$

Waar C spoed is (seldheid), L is golflengte, en T is tyd of periode (in sekondes). Die spoed van die golf spruit dus uit die funksionele afhanklikheid ${\displaystyle L(T)}$ van die golflengte op die periode (die verspreidingsverhouding).

Die spoed van 'n diepwatergolf kan ook benader word deur:

${\displaystyle C={\sqrt {{gL}/{2\pi }}}}$

Waar g die versnelling as gevolg van swaartekrag is, 9,8 meter per sekonde in die kwadraat. Omdat g en π (3,14) konstantes is, kan die vergelyking verminder word tot:

${\displaystyle C=1.251{\sqrt {L}}}$

Waar C in meter per sekonde gemeet word en L in meter. Let daarop dat die golfsnelheid in beide formules eweredig is aan die vierkantswortel van die golflengte.

Die spoed van vlakwatergolwe word beskryf deur 'n ander vergelyking, wat geskryf kan word as:

${\displaystyle C={\sqrt {gd}}=3.1{\sqrt {d}}}$

Waar C snelheid is (in meter per sekonde), g die versnelling as gevolg van swaartekrag en d die diepte van die water (in meter). Die periode van 'n golf bly onveranderd, ongeag die diepte van die water waardeur dit beweeg. Terwyl diepwatergolwe die vlakte binnedring en die bodem voel, word hul snelheid egter verlaag en hul kruine "opgekam", sodat hul golflengte verkort.

Skuiming en breking

Golwe skep rimpelingsmerke op strande.

As golwe van diep na vlak water beweeg, verander hul vorm (golfhoogte neem toe, spoed neem af en lengte neem af namate golfbane asimmetries word). Hierdie proses word sandbankvorming genoem.

Golfbreking is die proses wat plaasvind wanneer golwe met die seebodem in wisselwerking tree om die voortplantingsnelheid as 'n funksie van golflengte en periode te vertraag. Terwyl die golwe stadiger word in die water, is die kruine geneig om in 'n afnemende hoek na die dieptekontore te pas. Wisselende dieptes langs 'n golfkruin veroorsaak dat die kruin met verskillende fasesnelhede beweeg, met die dele van die golf in dieper water wat vinniger beweeg as dié in vlak water. Hierdie proses duur voort terwyl die diepte afneem en omkeer as dit weer toeneem, maar die golf wat die grondgebied verlaat, het moontlik van rigting verander. Strale tussen kruine is normaal tussen wat 'n vaste hoeveelheid van energievloed vervat. Daarom word die golfenergie tussen strale gekonsentreer soos dit ineenloop, met die gevolglike toename in golfhoogte.

Aangesien hierdie effekte verband hou met 'n ruimtelike variasie in die fasesnelheid en omdat die fasesnelheid ook verander met die omgewingstroom – as gevolg van die Doppler-verskuiwing – kom dieselfde gevolge van breking en veranderende golfhoogte ook voor as gevolg van stroomvariasies. In die geval van 'n ongunstige stroom word die golf "'skerp", dit wil sê die golfhoogte neem toe terwyl die golflengte afneem, soortgelyk aan die skuifvorming as die waterdiepte afneem.^[12]

Breking

'n Groot golf breek

'n Groot golf in die oseaan

Sommige golwe ondergaan 'n verskynsel genaamd "breking". 'n Breekgolf is een waarvan die basis nie meer die bopunt kan ondersteun nie, wat veroorsaak dat dit ineenstort. 'n Golf breek as dit in vlak water beland, of wanneer twee golfstelsels teen mekaar staan en kragte kombineer. As die helling, of die steilheidsverhouding, van 'n golf te groot is, is breking onvermydelik.

Individuele golwe in diep water breek wanneer die golfsterkte — die verhouding van die golfhoogte H tot die golflengte λ — ongeveer 0,17 oorskry, dus vir H  > 0.17 λ. In vlak water, met die waterdiepte klein in vergelyking met die golflengte, breek die individuele golwe as hul golfhoogte H groter is as 0,8 maal die waterdiepte h, dit wil sê H > 0.8 h. Golwe kan ook breek as die wind sterk genoeg word om die kruin van die golf af te blaas.

Op vlak water word die basis van die golf vertraag deur sleep op die seebodem. As gevolg hiervan sal die boonste gedeeltes teen 'n hoër snelheid as die basis voortplant en die voorkant van die kruin steiler word en die agterkant platter. Dit kan oordrewe word tot die voorste profiel die vorm van 'n vatjie aanneem, met die kruin vorentoe en ondertoe terwyl dit voor die golf oor die lug strek.

Drie hooftipes breë golwe word geïdentifiseer deur branderplankryers of branderplank-lewensredders. Hul verskillende eienskappe maak hulle minder of meer geskik vir branderplankry en hou verskillende gevare in.

1. Oorpeuling, of rol: dit is die veiligste golwe waarop iemand kan branderplankry. Dit kom voor in die meeste gebiede met relatief plat kuslyne. Dit is die algemeenste soort strandbreuk. Die vertraging van die golfbasis is geleidelik en die snelheid van die boonste dele verskil nie veel met die hoogte nie. Breking vind plaas veral wanneer die steilheidsverhouding die stabiliteitslimiet oorskry.
2. Deurslaan of stort: hierdie breek is skielik en kan swemmers "stort" – wat hulle met groot krag na die onderkant stoot. Dit is die voorkeurgolwe vir ervare branderplankryers. Sterk winde ter see en lang golfperiodes kan storters veroorsaak. Dit word gereeld aangetref waar daar skielik 'n styging in die seebodem is, soos 'n rif of sandbank. Die vertraging van die golfbasis is voldoende om die opwaartse versnelling en 'n beduidende voorwaartse snelheid van die boonste deel van die kruin te veroorsaak. Die piek styg en haal die voorste front in en vorm 'n "vat" of 'n "buis" as dit in duie stort.
3. Stuwing (opwelling): hierdie kan nooit eintlik breek as hulle die waterkant nader nie, aangesien die water onder dit baie diep is. Dit is geneig om op steil kuslyne te vorm. Hierdie golwe kan swemmers omverwerp en weer in die dieper water intrek.

As die kuslyn vertikaal is, breek golwe nie, maar word dit weerkaats. Die grootste deel van die energie word in die golf behou as dit seewaarts terugkeer. Interfensiepatrone word veroorsaak deur superposisie van die voorval en gereflekteerde golwe, en die superposisie kan gelokaliseerde onstabiliteit veroorsaak as pieke kruis, en hierdie pieke kan breek as gevolg van onstabiliteit.

Fisika van golwe

Stoke dryf in vlak watergolwe.

Windgolwe is meganiese golwe wat voortvloei langs die koppelvlak tussen water en lug; die herstellende krag word deur swaartekrag voorsien en daarom word daar dikwels na die oppervlaktegravitasegolwe verwys. Terwyl die wind waai, versteur druk en wrywing die ewewig van die wateroppervlak en dra energie van die lug na die water oor en vorm golwe. Die aanvanklike vorming van golwe deur die wind word beskryf in die teorie van Phillips vanaf 1957, en die daaropvolgende groei van die klein golwe is deur Miles gemodelleer, ook in 1957.^[13][14]

Stoke dryf in 'n dieper watergolf.

Foto van die waterpartikel wentelbane onder 'n – progressiewe en periodieke oppervlak – swaartekragsgolf in 'n golfgeut. Die golftoestande is: gemiddelde waterdiepte d = 0.76 m golfhoogte H   = 0.103 m, golflengte λ = 1.96 m, periode T   =   1.12 s.^[15]

In lineêre vlak golwe van een golflengte in diep water, beweeg vloeibare pakke naby die oppervlak, nie net op en af nie, maar in sirkelbane: vorentoe op en agter ondertoe. As gevolg hiervan vorm die oppervlak van die water nie 'n presiese golf nie, maar meer 'n trochoïed met die skerper krommes opwaarts. Windgolwe is dus 'n kombinasie van dwars- en lengtegolwe .

Wanneer golwe in vlak water voortplant, (waar die diepte minder as die helfte van die golflengte is), word die bane van partikels tot ellips saamgepers.^[16]

In realitiet, vir die eindige waardes van die golfamplitude (hoogte) vorm die deeltjiepaaie in werklikheid nie geslote bane nie; eerder, na die deurgang van elke kruin, word deeltjies effens van hul vorige posisies verplaas, 'n verskynsel bekend as Stokes-drywing.

Namate die diepte onder die vrye oppervlak toeneem, neem die radius van die sirkelbeweging af. Op 'n diepte gelyk aan die helfte van die golflengte λ het die baanbeweging tot minder as 5% van sy waarde op die oppervlak verval. Die spoed fase van 'n oppervlak swaartekrag golf is – vir suiwer periodieke golfbeweging van klein amplitude golwe – word goed benader deur:

${\displaystyle c={\sqrt {{\frac {g\lambda }{2\pi }}\tanh \left({\frac {2\pi d}{\lambda }}\right)}}}$

waar

c = fasespoed;

λ = golflengte;

d = waterdiepte;

g = versnelling as gevolg van swaartekrag op die aardoppervlak .

In diep water, waar ${\displaystyle d\geq {\frac {1}{2}}\lambda }$, so ${\displaystyle {\frac {2\pi d}{\lambda }}\geq \pi }$ en die hiperboliese raaklyn benaderings ${\displaystyle 1}$, die spoed ${\displaystyle c}$ by benadering

${\displaystyle c_{\text{deep}}={\sqrt {\frac {g\lambda }{2\pi }}}.}$

In SI-eenhede, met ${\displaystyle c_{\text{deep}}}$ in m/s, ${\displaystyle c_{\text{deep}}\approx 1.25{\sqrt {\lambda }}}$, wanneer ${\displaystyle \lambda }$ in meter gemeet word. Hierdie uitdrukking meld dat golwe van verskillende golflengtes teen verskillende snelhede beweeg. Die vinnigste golwe in 'n storm is dié met die langste golflengte. As gevolg hiervan is die eerste wat by die kuslyn aankom, die lang golflengte swelle.

Vir tussen- en vlak water is die Boussinesq-vergelykings van toepassing, wat die verspreiding van frekwensies en nie-lineêre effekte kombineer. En in baie vlak water kan die vlak watervergelykings gebruik word.

As die golflengte baie lank is in vergelyking met die waterdiepte, kan die fasesnelheid (deur die limiet van c wanneer die golflengte oneindig nader kom) benader word deur

${\displaystyle c_{\text{shallow}}=\lim _{\lambda \rightarrow \infty }c={\sqrt {gd}}.}$

Aan die ander kant, vir baie kort golflengtes, speel oppervlakspanning 'n belangrike rol en kan die fasesnelheid van hierdie swaartekrag-kapillêre golwe (in diep water) benader word deur

${\displaystyle c_{\text{gravity-capillary}}={\sqrt {{\frac {g\lambda }{2\pi }}+{\frac {2\pi S}{\rho \lambda }}}}}$

waar

S = oppervlakspanning van die lug-water-koppelvlak;

${\displaystyle \rho }$ = digtheid van die water.

As daar verskillende golftreine is, soos altyd in die natuur, vorm die golwe groepe. In diep water reis die groepe op 'n groep snelheid wat die helfte van die fase snelheid is. Na 'n enkele golf in 'n groep kan 'n mens sien hoe die golf aan die agterkant van die groep verskyn, groei en uiteindelik aan die voorkant van die groep verdwyn.

As die waterdiepte ${\displaystyle d}$ afneem in die rigting van die kus, sal dit 'n effek hê: golfhoogte verander as gevolg van golwe en breking. Namate die golfhoogte toeneem, kan die golf onstabiel raak wanneer die kruin van die golf vinniger beweeg as die trog. Dit veroorsaak 'n breek van die golwe.

Die beweging van windgolwe kan vasgevang word deur golfenergietoestelle. Die energie-digtheid (per eenheid area) van gereelde sinusvormige golwe hang af van die digtheid van die water ${\displaystyle \rho }$, gravitasieversnelling ${\displaystyle g}$ en die golfhoogte ${\displaystyle H}$ (wat vir gewone golwe gelyk is aan twee keer die amplitude, ${\displaystyle a}$):

${\displaystyle E={\frac {1}{8}}\rho gH^{2}={\frac {1}{2}}\rho ga^{2}.}$

Die voortplantingsnelheid van hierdie energie is die groepsnelheid.

Modelle

Die afbeelding wys die wêreldwye verdeling van windspoed en golfhoogte soos waargeneem deur die TOPEX / Poseidon-dubbelfrekwensie-radarhoogtmeter van NASA van 3 tot 12 Oktober 1992. Gelyktydige waarnemings van windsnelheid en golfhoogte help wetenskaplikes om die golwe te voorspel. Windspoed word bepaal deur die sterkte van die radarsein nadat dit van die seebodem af gebons het en na die satelliet teruggekeer het. 'n Rustige see dien as 'n goeie weerkaatser en gee 'n sterk sein; 'n rowwe see is geneig om die seine te versprei en gee 'n swak polsslag. Golfhoogte word bepaal deur die vorm van die retoerradarpuls. 'n Rustige see met lae golwe gee 'n gekondenseerde polsslag, terwyl 'n ruwe see met hoë golwe 'n uitgerekte polsslag teruggee. Die vergelyking van die twee afbeeldings hierbo toon 'n hoë mate van korrelasie tussen windspoed en golfhoogte.

Branderplankryers is baie geïnteresseerd in die golfvoorspellings. Daar is baie webwerwe wat voorspellings bied oor die kwaliteit van die branders vir die komende dae en weke. Windgolfmodelle word aangedryf deur meer algemene weermodelle wat die wind en druk oor die oseane, seë en mere voorspel.

Windgolfmodelle is ook 'n belangrike deel van die ondersoek na die impak van voorstelle vir kusbeskerming en strand onderhoud. In baie strandgebiede is daar slegs inligting oor die golfklimaat en dit is belangrik om die effek van windgolwe te skat vir die bestuur van landelike omgewings.

'n Windgegenereerde golf kan voorspel word op grond van twee parameters: windspoed op 10 m bo seevlak en windduur, wat oor lang tydperke moet waai om as volledig ontwikkel beskou te word. Die beduidende golfhoogte en piekfrekwensie kan dan vir 'n sekere strykgebied voorspel word.^[17]

Seismiese seine

Seewatergolwe genereer landseismiese golwe wat honderde kilometers in die land voortplant.^[18] Hierdie seismiese seine het gewoonlik die periode van 6 ± 2 sekondes. Sodanige opnames is eers in ongeveer 1900 gerapporteer en verstaan.

Daar is twee soorte seismiese "seegolwe". Die primêre golwe word gegenereer in vlak water deur direkte watergolf-land-interaksie en het dieselfde periode as die watergolwe (10 tot 16 sekondes). Die kragtiger sekondêre golwe word gegenereer deur die superposisie van seegolwe met 'n gelyke periode wat in teenoorgestelde rigtings beweeg, en word dus staande gravitasiegolwe gegenereer – met 'n gepaardgaande druk-ossillasie by die helfte van die periode, wat nie met die diepte verminder nie. Die teorie vir mikroseïsme-opwekking deur staande golwe is in 1950 deur Michael Longuet-Higgins voorsien, nadat Pierre Bernard in 1941 hierdie verband met staande golwe op grond van waarnemings voorgestel het.^[19][20]

Verwysings

1. Holthuijsen (2007), bl. 5.
2. "The Growth of Wind-Waves in Titan's Hydrocarbon Seas". Icarus. 219 (1): 468–475. 2012. doi:10.1016/j.icarus.2012.03.002.
3. "Cassini/VIMS observes rough surfaces on Titan's Punga Mare in specular reflection". Planetary Science. 3 (1): 3. doi:10.1186/s13535-014-0003-4.
4. "On the generation of waves by turbulent wind". Journal of Fluid Mechanics. 2 (5): 417. 2006. doi:10.1017/S0022112057000233.
5. "On the generation of surface waves by shear flows". Journal of Fluid Mechanics. 3 (2): 185. 2006. doi:10.1017/S0022112057000567.
6. "Chapter 16, Ocean Waves". Geargiveer vanaf die oorspronklike op 11 Mei 2016. Besoek op 15 Julie 2020.
7. "Measurements of wind-wave growth and swell decay during the Joint North Sea Wave Project (JONSWAP)". Ergnzungsheft zur Deutschen Hydrographischen Zeitschrift Reihe A. 8 (12).
8. "A proposed spectral form for fully developed wind seas based on the similarity theory of S. A. Kitaigorodskii". Journal of Geophysical Research. 69 (24): 5181–5190. 15 Desember 1964. doi:10.1029/JZ069i024p05181.
9. "Were extreme waves in the Rockall Trough the largest ever recorded?". Geophysical Research Letters. 33 (L05613). 2006. doi:10.1029/2005GL025238.
10. "Monstrous ocean waves during typhoon Krosa". Annales Geophysicae. 26 (6). doi:10.5194/angeo-26-1327-2008.
11. Munk, Walter H. (1950). "Proceedings 1st International Conference on Coastal Engineering": 1–4. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (hulp)
12. "Radiation stresses in water waves; a physical discussion, with applications". Deep-Sea Research. 11 (4): 529–562. 1964. doi:10.1016/0011-7471(64)90001-4.
13. Phillips, O. M. (1957). "On the generation of waves by turbulent wind". Journal of Fluid Mechanics. 2 (5): 417–445. doi:10.1017/S0022112057000233.
14. Miles, J. W. (1957). "On the generation of surface waves by shear flows". Journal of Fluid Mechanics. 3 (2): 185–204. doi:10.1017/S0022112057000567.
15. Figure 6 from: Wiegel, R. L. (1950). "Proceedings 1st International Conference on Coastal Engineering": 5–21. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (hulp)
16. A good illustration of the wave motion according to linear theory is given by Prof. Robert Dalrymple's Java applet Geargiveer 14 November 2017 op Wayback Machine.
17. Wood, AMM & Fleming, CA 1981, Coastal hydraulics, John Wiley & Sons, New York
18. "Peter Bormann. Seismic Signals and Noise" (PDF). Geargiveer vanaf die oorspronklike (PDF) op 4 Maart 2016. Besoek op 15 Julie 2020.
19. Bernard, P. (1941). "Sur certaines proprietes de la boule etudiees a l'aide des enregistrements seismographiques". Bulletin de l'Institut Océanographique de Monaco. 800: 1–19.
20. Longuet-Higgins, M. S. (1950). "A theory of the origin of microseisms". Philosophical Transactions of the Royal Society A. 243: 1–35.

Wetenskaplike leesstof

• Stokes, G. G. (1880). Mathematical and Physical Papers, Volume I. Cambridge University Press. pp. 197–229.
• Phillips, O. M. (1977). The dynamics of the upper ocean (2nd ed.). Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-29801-8.
• Holthuijsen, Leo H. (2007). Waves in oceanic and coastal waters. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-86028-4.
• Janssen, Peter (2004). The interaction of ocean waves and wind. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-46540-3.
• Rousmaniere, John (1989). The Annapolis Book of Seamanship (2nd revised ed.). Simon & Schuster. ISBN 978-0-671-67447-2.
• Carr, Michael (Oktober 1998). "Understanding Waves". Sail. pp. 38–45.

Eksterne skakels

Wikimedia Commons bevat media in verband met Seegolwe.

• Huidige wêreldkaart van beduidende golfhoogtes
• "Anatomy of a Wave" Holben, Jay boatsafe.com vasgevang 5/23/06
• NOAA Nasionale Weerdiens
• ESA se persverklaring oor die dop van spoorsnitte met ASAR aan boord ENVISAT
• Inleidende oseanografie hoofstuk 10 – Ocean Waves
• HyperPhysics – Ocean Waves
• Introductory oceanography chapter 10 – Ocean Waves