波浪有效波浪高度说明
海洋波浪常规特征参数的定义和说明
第一部分波浪的相关知识第二部分波浪的主要参数第一部分波浪的相关知识波浪测量入门：本文介绍有关波浪的一些知识，通过本文，你会对波浪有一些了解，并对你要测量什么样的波浪以及如何去测量出这些波浪有一些相关的认识。
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什么是波浪？在所有的水体中，我们都能体验到波的存在。
这些波浪波长范围很广，长波的有潮汐（有太阳和月亮之间的万有引力产生的），短波的是由微风吹过水面产生的。
如果从波浪的能量分布来看，你会发现波浪能量主要分布在0.5秒到12小时之间的波浪范围。
比较有意义的能量分布区域为频段在0.5至30秒范围的波浪区域，这些波浪通常都是风产生的（见图1）。
这一波浪频段也正是波浪学家和海洋学家分析波浪时所关注的。
如何精确地测绘波浪，也就是说如何使用正确的测量方法将这一频段的波浪描绘出来。
对于0.5 - 30秒的波浪，表明波浪是变化的，而且特征独特。
波浪起始于当地季风产生的波高较小、周期较短的小波，随着风力的加大，风持续时间的延长，波浪就会越来越大。
因此，位于一个特定海域的波浪状态是由当地海风产生的微波和远距离（可能是几百或几千公里外）以外的飓风产生的波浪的组合形成的。
这对于我们测波的人来说，就需要明白，测量点的波浪情况通常是由不同幅度、不同周期、不同方向的波浪组成的集合。
掌握这一点是精确测绘波浪的第一步。
我们如何测量波浪？既然波浪是随机的，当我们测量波浪就需要在采样一段时间内，而且呢，这段采样时间最好能代表测量海区的完整的波浪状态。
经验上，我们一般会设定预计所测量的最大的波周期的100倍的时间作为采样周期。
例如，若我们预计测量海域的最长波周期为10秒，我们取1000秒作为采样周期。
单纯时间序列的原始数据是没有太大实际意义的，我们需要将这些数据进行处理并得出相关的波浪特征值的参数，这些特征值能够广泛的精确地代表测量海域的波浪状态。
最通常的波浪特征值包含，对应于时间序列的波高、周期、波向的单一数值。
波浪计算高度范文
波浪计算高度范文波浪高度是指海洋表面起伏的差异高度，它是由海风、潮汐、地壳运动等因素引起的。
波浪高度的计算是海洋学和气象学的重要研究内容之一，它对于海上的航行、渔业、沿海工程等有着重要的影响。
波浪高度的计算是通过测量海洋波峰和波谷之间的最大差值来完成的。
这个过程涉及到一系列的测量和计算技术。
下面将介绍一些常用的方法来计算波浪高度。
1.雷达遥感技术：雷达可以通过向海洋发送微波信号并测量其回波来获取波浪高度数据。
通过分析回波的能量和时间来计算波浪高度，并通过其他参数校正和修正。
雷达遥感技术可以实时获取大范围海域的波浪高度数据，具有广泛的应用前景。
2.浮标测量：在海洋中放置浮标可以实时监测波浪高度。
浮标通过测量浮标与海平面之间的垂直位移来确定波浪高度。
浮标可以配备各种传感器来测量其他波浪参数，如波长、周期等。
3.潮汐测量：潮汐是海洋波浪形成的重要因素之一，它可以通过测量海洋水位的变化来计算。
根据潮汐数据和观测站的位置，可以通过数学模型来推导波浪高度。
4.数字波浪模型：通过数学模型来模拟和计算波浪高度。
这些模型基于海洋动力学和风力学原理，考虑了海水的运动、风力的作用和地形的影响等因素，通过求解模型方程可以得到波浪高度和其他波浪参数。
5.船舶测量：船舶上搭载的各种传感器可以实时测量波浪高度。
通过测量船体在波浪中的姿态变化，可以反推波浪高度和频谱。
以上是一些常见方法来计算波浪高度，实际测量中常常结合多种方法来获取更准确的数据。
随着测量技术和数值模型的不断进步，我们对于波浪高度和其他波浪参数的理解将会更加深入，为海洋工程和海上交通等领域的安全和可持续发展提供更有力的支持。
4-2海洋工程环境 波浪解析
TH1/3 (1.12 ~1.14)T
Example 4.3
A 2.2m B 2.6m C 2.18m D 1.83m E 2.0m
A 2.35m B 1.85m C 2.80m D 1.88m
4.1.3 海浪观测、预报
• 风浪波向与风向一致 • 观测内容：波高、波长、周期、波速、波型、波向、 海况 • 观测形式：目测（白天）；仪器（波高、周期、波向） • 观测时间，每隔3小时一次：2，5，8，11，14，17， 20，23时 • 每次一般17～20min，连续记录单波个数不少于100个， 同时测风速、风向和水深 • 海浪玫瑰图：一定时期的波向、波高大小和出现频率， 图5－4
1 H N
加权平均波高
H
i 1
N
i
H i ni H i 1 N N ni
i 1 Ki
N
ni为Hi的对应记录次数
不规则波海浪要素：统计特征
有义波高： 设有一系列观测波高，将其按由大到小排列， 其中最高的前N/3部分求平均，称之为1/3大波 平均波高，又称之为有效波高。
N 3
H S H1 3
3 Hi N j 1
表示波动的可视平均水平，与目测波高值相近。 有义周期：对应前N/3个波浪周期 取平均值。
不规则波海浪要素：统计特征
1/10大波波高：
设有一系列观测波高，将其按由大到小排列，
其中最高的N/10部分求平均，亦称显著波高。
N 10
H1 10
10 Hi N j 1
1/10大波周期：对应前N/10个波浪周期 取平均值。
中国近海海浪特征
• 大陆季节性气候的影响，海浪表现出季节性。 • 浪向取决于风向，冬季偏北浪，夏季偏南浪，春秋浪 向不稳定 • 冬春多出现寒潮、温带气旋，夏秋多出现台风和热带 风暴 • 浪高季节性变化。冬季风速>夏季，冬季平均浪高>夏 季，冬季风浪周期>夏季 • 南方平均浪高>北方，南海出现大浪次数最多 • 冬季：渤海最大波高达7m，黄海9m，东海11m，南海 10m • 各地波浪平均周期4～6s
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潮汐
潮汐对波浪的影响表现在潮汐 变化过程中产生的潮汐波。
地形
海岸线的地形地貌对波浪的传 播和变形具有重要影响，如海
湾、半岛、岛屿等。
03
波浪的观测与测量
波浪的观测
直接观测
通过肉眼或望远镜进行观测， 适用于近岸或浅水区域。
遥感技术
利用卫星或飞机搭载的传感器 进行观测，可以覆盖较大范围 。
自动观测仪器
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目 录
• 波浪的形成与分类 • 波浪的特征与影响因素 • 波浪的观测与测量 • 波浪对人类的影响 • 波浪的利用与防护 • 未来展望
01
波浪的形成与分类
波浪的形成
波浪的形成
波浪是由于风力、地心引力和其他因素共同作用在水面上形 成的波动现象。当风吹过水面时，水分子受到风的摩擦力而 产生波动，形成波浪。
06
未来展望
波浪研究的未来方向
深入研究波浪生成机制
波浪能利用技术革新
探索波浪生成的动力学过程，研究海洋环 流、气候变化等因素对波浪的影响。
发展高效、可靠的波浪能利用技术，提高 波浪能转换效率，降低成本。
波浪能与其他可再生能源的集成
波浪能利用的生态环境影响
研究波浪能与其他可再生能源（如风能、 太阳能）的互补性和集成潜力，实现多能 互补和优化利用。
海上运输
波浪对海上运输产生影响 ，可能导致货物损坏、船 舶延误等。
航道建设
为减小波浪对海上交通的 影响，可以建设人工航道 、疏浚航道等，提高航道 的通航能力。
波浪对海洋生态环境的影响
生态系统平衡
波浪对海洋生态环境产生影响，可能影响海洋生物的栖息和繁殖，进而影响整 个生态系统的平衡。
污染扩散
波浪的分类及其划分理论
波浪的分类及其划分理论波浪的分类及其划分理论数三国风流⼈物，只道句“滚滚长江东逝⽔，浪花涛尽英雄。
”看唐朝⼀代盛事，可摇头轻吟“春潮带⾬晚来急，野渡⽆⼈⾈⾃横。
古往今来，有多少⽂⼈墨客为那⼀江春⽔向东流痴迷，⼜有多少天妒英才为那翻腾⽽起的浪花许下凌云壮志。
波浪和它的名字⼀样⾜够引起⼈们的关注和敬仰，⽽在⾃然科学和⼯程界同样如此。
要乘风破浪固然需要勇⽓，可是在⼯程实践上却不能鲁莽⾏事，研究基础的波浪分类有助于我们更深⼊的了解其对建筑物的影响。
我们在课程上粗略的学习了⼀些波浪的分类及其划分理论，并进⼀步查阅了相关的⽹站和书籍。
第⼀部分、波浪概述波浪是海洋、湖泊、⽔库等宽敞⽔⾯上常见的⽔体运动，其特点在于每个⽔质点作周期性运动，所有的⽔质点相继振动，便引起⽔⾯呈周期性起伏。
因为⽔是⼀种流体，它在外⼒（风、地震等）作⽤下，⽔质点可以离开原来的位置，但在内⼒（重⼒、⽔压⼒、表⾯张⼒等）作⽤下，⼜有使它恢复原来位置的趋势。
因此，⽔质点在其平衡位置附近作近似封闭的圆周运动，便产⽣了波浪，并引起了波形的传播。
由此可见，波浪的传播，并不是⽔质点的向前移动，⽽仅是波形的传递。
1.波浪要素波浪的尺度和形状，通常⽤波浪要素来表述。
波浪的基本要素有：波峰、波⾕、波顶、波底、波⾼、波长、波陡、周期、波速等。
波峰是静⽔⾯以上的波浪部分；波⾕是静⽔⾯以下波浪部分；波顶是波峰的最⾼点；波底是波⾕的最低点；波⾼（h）是波顶与波底间的垂直距离；波长（λ）是两相邻波顶或波底间的⽔平距离；波陡（σ）是波⾼与半个波长之⽐；波浪周期（τ）是两相邻的波顶（或波底）经过同⼀点所需要的时间；波速（c）是波形移动的速度，即波长与波浪周期之⽐值：第⼆部分、波浪的分类及其划分理论因为某些波按其特性可以放在不同的划分区域中，故将在⼀种划分区域中详细介绍，⽽其他区域相对省略。
⼀、按振幅与波长相对⽐值划分：（⼀）⼩振幅波动（线性波动）⼩振幅波动是指波⾼远⼩于波长（h＜＜λ）的简单波动。
波浪常数
国家海洋预报台在对海况进行描述时（一般用于沿海），对有必要发出警告的具有风险性的海况，从低到高分为海浪较大、浪高涌大、海况恶劣、海浪巨大。
这是习惯性用语，没有严格界限。
以下是国际标准海况等级。
FT为英尺，METER为米。
海况等级是以海面肉眼所见状况而分的。
其中1-9级分别称为无浪、微浪、小浪、中浪、大浪、巨浪、狂浪、狂涛、狂涛、怒涛。
浪高超过20米者为暴涛，因为罕见，未成为正式等级。
海况等级海面状况名称 浪高范围海面征状0级 CALM-GLASSY0 FT (0 METERS)海面光滑如镜或仅有涌浪存在；1级 CALM-RIPPLED 0-1/3 FT (0-.1METERS)波纹或涌浪和波纹同时存在；2级 SMOOTH-WAVELET1/3-1 2/3 FT (.1-.5 METERS)波浪很小波峰开始破裂，浪花不显白色而呈玻璃色；3级 SLIGHT 1 2/3 - 4 FT(.5-1.25 METERS)波浪不大，但很触目，波峰破裂，其中有些地方形成白色浪花—白浪；4级 MODERATE 4-8 FT(1.25-2.50 METERS)波浪具有明显的形状，到处形成白浪；5级 ROUGH 8-13 FT(2.50-4.0 METERS)出现高大的波峰，浪花占了波峰上很大面积，风开始削去波峰上的浪花；6级 VERY ROUGH 13-20 FT(4-6 METERS)波峰上被风削去的浪花，开始沿着波浪斜面伸长成带状，有时波峰出现风暴波的长波形状；7级 HIGH20-30 FT(6-9 METERS)风削去的浪花带布满了波浪斜面，并有些地方到达波谷，波峰上布满了浪花层；8级VERY HIGH30-45 FT(9-14 METERS)稠密的浪花布满了波浪斜面，海面变成白色，只有波谷内某些地方没有浪花；9级 PHENOMENAL>45 FT (>14 METERS)整个海面布满了稠密的浪花层，空气中充满了水滴和飞沫，能见度显著降低。
气象学多媒体讲义第八篇
第八章海浪第一节概述一、波浪（Wave）要素一、波峰――波面的最高点。
二、波谷――波面的最低点。
3、波高（H）――相邻波峰与波谷之间的垂直距离。
4、波幅（a）――波高的一半，a=H/2。
五、波长（λ）――相邻两波峰或相邻两波谷之间的水平距离。
六、波陡（δ）――波高与波长之比，δ＝H/λ。
7、周期（T）――相邻的两波峰或两波谷接踵通过一固定点所需要的时刻。
八、频率（f）――周期的倒数，f＝1/T。
九、波速（C）――波峰或波谷在单位时刻内的水平位移（波形传播的速度），C＝λ/ T。
10、波峰线――通过波峰垂直于波浪传播方向的线。
1一、波向线――波形传播的方向线，垂直于波峰线。
二、波浪的分类一、按周期或频率分类海浪大部份能量集中在周期4～12s的范围内，属重力波范围。
最多见的重力波是风浪和涌浪。
二、按成因分类1）风浪和涌浪风浪（Wind Wave）――风的直接作用所引发的水面波动。
（无风不起浪）涌浪（Swell）――风浪离开风区传至远处，或风区里风停歇后所遗留下来的波浪。
（无风三尺浪）2）海啸（Tsunami，又称地震波）――由于海底或海岸周围发生地震或火山暴发所形成的海面异样波动。
特点：周期长，波长长，波速大，在外海坡度很小，当传至近岸时，波高剧增。
世界上常受海啸解决的国家和地域有：日本、菲律宾、印度尼西亚、加勒比海、墨西哥沿岸、地中海。
3）风暴潮（Storm Surge）――由强烈的大气扰动（强台风、强锋面气旋、寒潮大风等）引发的海面异样上升现象。
主要原因：海面气压散布不均匀――气压每下降1hPa，海面约升高1cm；大风――风暴向岸边移动时，受强风牵引海水涌向岸边，海面升高，升高幅度与风速的平方成正比。
我国风暴潮多发区：莱州湾、渤海湾、长江口至闽江口、汕头至珠江口、雷州湾和海南岛东北角，其中莱州湾、汕头至珠江口是严峻多发区。
4）内波（Internal Wave）――密度相差较大的水层界面上的波动。
第5章 波浪
1 T N
p H 1p N
N/ p
T N为在固定点连续观测到的周期总数。
i 1 i
N
1/p平均周期
p T1 p N
N/ p i 1
T N、p同上。当p=3时称为有效周期T1/3；
i
当p=10时称为1/10平均周期。依次类推。通常有T1/3= 1.15平均 周期，T1/10=1.31平均周期，T1/10=1.14T1/3。
1 2kh 得到 cg c1 sinh2kh 2
波群传播速度
对于深水波，2kh/sinh2kh=0，cg=c/2 对于浅水波，2kh/sinh2kh≈1，cg=c
小振幅波
由船只行进所产生的波浪—— 船波，便具有波群的特性。
有限振幅波
水面变动h [cm/s]
有限振幅波概念
小振幅波
波群由两列振幅相等，波 长和周期相近，传播方向相 同的正弦波叠加而成。 z1=a sin(kx-st) z2=a sin(k’x-s’t) 波群的波面方程：z=2a cos[(k-k’)x/2-(s-s’)t/2]∙sin[(k+k’)x/2-(s+s’)t/2] 合成波速 c 合成振幅 a c=(s+s’)/(k+k’) 合成振幅变化范围 2a 合成振幅变化速度(s-s’)/(k-k’)=ds/dk=cg 利用波动频散关系s2 = kg tanh(kh)
波浪概述
当波长小于1.74cm时，表面张力效应较为重要，这种涟漪小波(表面张 力波)具有圆形波峰以及V型波谷。 当波长较长时，重力效应就变得比较重要，此时波形和正弦曲线非常 相近，这是重力波的特性。 当波浪能量不断增加，重力波的波形便会渐渐改变为波峰变尖而波谷 则变圆的形状，当波陡达到1/7或以上时波形就无法支撑而发生碎波。
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有效波浪高度
美国国家海洋和大气局（NOAA ）气象观测（NWS）的海洋天气预报包含有主要风速与风向及有效波高信息。
这里的“有效波高”并不像风信息那样为大家熟知。
任何使用海洋天气预报的人需要对有效波高有一个清楚的认识。
这里首先回顾一下基本的海洋波浪类型。
波浪构成：波浪是由风作用在海面上形成的。
浪高由下列三个因素构成：风速、风区长
度、风时。
风区长度是状态相同的风作用海域的范围。
高风速长时间作用在很长的范围内将
造成最大的波浪。
由当地的风造成的波浪称为风浪。
风浪一般波峰线短，周期小，在风速近
似15节时出现破碎现象。
风浪示意图
在开阔海域，波浪形式变得更加复杂。
波浪仍然是由当地的风形成的，但一旦形成后，
海浪将传播几千海里的距离。
波浪在传播处其生成区域后，不再是当地风的作用，这时被称作涌浪。
与风浪相比较，涌浪有更大的波长及更平滑的波峰。
随着时间的推移，涌浪将传播
很长的距离，与其它很远处风暴形成的浪相交汇，并向不同的方向传播，最后在海岸线处消
亡。
因此，海洋表面包含有上千种相互作用的，在不同位置产生，并以不同速度向不同方向
运动的浪。
这也就是所说的“波浪谱”：不同浪高、频率及运动方向的波浪的结合体。
波浪度量：波浪的特性取决于三个参量：浪高、浪长、浪周期（或频率）。
第四个波浪
参量是波陡。
浪高是波浪的波谷到波峰的距离。
浪长是连续波峰或波谷之间的距离。
波周期
是连续的波峰或波谷通过某一固定位置所花费的时间。
与涌浪相比较，风浪有更小的浪高及
更小的波浪周期。
Wave length
波浪参数图示
波陡是波高与波长的比。
波陡可以从浮标测量的波高与周期推导得出。
当风浪高度与周
期值接近时（例如：六英尺，六秒）波陡将非常剧烈。
当波陡非常剧烈时，小船将有可能翻
覆。
当波浪从其发源地向远处传播时，其波长与周期都逐渐增大。
因此，大于10或12秒的
长周期波浪是从远处传播来的涌浪。
有效波高：波浪谱是一个非常复杂的流现象。
该谱是由波浪叠加构成的。
海员必须清楚
的知道该波浪高度谱在海洋气象预报中的表达方式。
NOAA 预报的及船只、浮标报告的波
浪高度值都被称为有效波高。
有效波高（ Hs ）波浪谱中三分之一最大波高的平均高度。
这
与有经验的观测者观察到的波高非常相似。
这里最大三分之一波高是什么意思？ 起伏的海洋表面是由上千个互相影响，
发源于不同位置，并以不同速度向不同方向传播
的波浪构成的。
假设人可以记录在波浪谱中的所有波浪, 波高的波浪将以
“近似钟型曲线” 分布。
图中的每个 点都代表一个波 浪的高度。
图中显 示，在波浪分布 中，小波浪及大浪
"呼"
4.9； The Btatistlcal distribution of various
parameters （from Bretfichncider f 19M ） 分浪都在中间部分。
在波谱中的最大三分之一（ 33.3%）波浪在图中以阴影部分表示。
在该 阴影中的波浪高度的均值是有效波浪高度，
Hs 。
这里波高的参数还有平均波浪高度（
H ），最大可能波浪高度（Hm ），最大10%波浪高
度（H1/10）。
平均波浪高度大约为有效波浪高度的 2/3（ 0.64或64%），H1/10是有效波浪高
度的1.27倍。
另外，最大1%波浪高度是有效波浪高度的
1.67%，理论最大波浪高度（Hmax ），
大约为两倍的有效波浪高度。
该值在涌浪较小的内部海湾处可能会较窄。
示例：沿岸或近岸的水域报告中的海洋气象预报为“ SEAS 10 FT ”，这里包含有以下的
信息：
Hs = 10ft
H （平均）=0.64 倍的 Hs = 6.4 ft H （最大可能）（稍小于H 平均）=6 ft
H1/10（10% 最大波浪）=1.27 倍的 Hs = 12.7 ft
并在坐标中绘出其分布情况，不同 的数量都较少；在 波浪谱中绝大部
wave heights showing
H1/100（1% 最大波浪）=1.67 倍的Hs = 16.7 ft
Hmax（在波浪预警中的最大浪高）=近似于两倍的Hs = 20 ft
因此，当预报在开阔水域为10英尺的浪时，海员将遇到大部分为6至10英尺的浪，小部分浪达到16英尺甚至有可能有20英尺的浪存在。
在2005年3月10日，阿拉斯基海湾风暴中，浮标观测到的浪高在北湾为47英尺。
这里有效波浪高度为47英尺，最大10%浪高
为60英尺。
在波浪谱中的最大浪高将达到94英尺。
有经验的海员知道自己船只的抗风浪能力。
海洋气象预报提供了风速（速度及方向）信息机波浪高度信息。
波浪高度值，包含预测的与观测的，都指的是有效波浪高度。
这里的
Hs将不仅是一个值，而是代表一个波浪范围。
在开阔海域中波浪谱中将存在有效波高的60%至200%的波浪。
海员不应只关注预报的有效波浪高度信息，需要有波浪谱的观念，熟知有效波浪高度的定义，可以确定海区中的波浪状况。