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重力外波

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重力外波(infragravity waves)頻率低於風波的表面重力波——包括波浪長浪——因此對應於波譜低於通過風直接產生的頻率的部分。

重力外波是由較短周期的海浪產生的海面重力波。次重力波的振幅在淺水區最為相關,特別是在受到高振幅和長周期風浪和海浪襲擊的海岸線上。風浪和海浪較短,典型的主導周期為 1 至 25 秒。相比之下,次重力波的主要周期通常為 80 到 300 秒, [1]這接近於海嘯的典型周期,它們具有相似的傳播特性,包括在深水中的極快速度。這將重力外波與正常的海洋重力波區分開來,後者是由作用於海面的風產生的,並且比產生的風慢。

無論下文討論的其產生機制的細節如何,重力外波都是撞擊重力波的這些次諧波。 [2]

根據波浪周期對海浪頻譜進行分類。 [3]

嚴格來說,重力外波只是重力波的一個子類別,是指所有周期大於 30 秒的重力波。這可能包括潮汐海洋羅斯貝波等現象,但常見的科學用途僅限於由風波組產生的重力波。

「重力外波」一詞似乎是由沃爾特·芒克在 1950 年創造的。 [3] [4]

產生

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當它穿過離岸的沙洲時,可以看到衝浪破裂。沙洲有助於產生重力外波,反過來又由它們塑造。

兩個主要過程可以解釋能量從短風波到長重力外波的轉移,這兩個過程在淺水和陡峭的風浪中都很重要。最常見的過程是由 Munk 和 Tucker 首次觀察到並由 Longuet-Higgins 和 Stewart 解釋的風波列的次諧波相互作用。 [5]因為風波不是單色的,所以它們形成了組。這些成群的波浪引起的斯托克斯漂移將更多的水輸送到波浪最高的地方。波浪還以一種可以解釋為力量的方式推動水:輻射應力的發散。結合質量和動量守恆,Longuet-Higgins 和 Stewart 用三種不同的方法給出了現在眾所周知的結果。也就是說,平均海平面以等於組長度的波長振盪,在風浪最高的地方處於低水平,在這些波浪最低的地方處於高水平。海面的這種振盪與短波振幅的平方成正比,當群速度接近淺水波的速度時變得非常大。當底部傾斜時,這個過程的細節會被修改,這通常是靠近海岸的情況,但該理論捕捉到了在大多數情況下觀察到的重要影響,即這種「衝浪節拍」的高水位隨著海浪到達最低幅度。

Graham Symonds 和他的合作者後來提出了另一個過程。 [6]為了解釋長波和短波的這一階段沒有對立的一些情況,他們提出,當波浪較高時,破浪線在海浪中的位置向深水移動,可以起到造浪者的作用。看來這可能是對礁石上次重力波產生的一個很好的解釋。


在珊瑚礁的情況下,重力內波周期是通過與珊瑚礁本身的共振建立的。 [7] [8]

冰架過程。

影響

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已經觀察到沿北美太平洋沿岸產生的重力外波跨洋傳播到南極洲並在那裡撞擊羅斯冰架。它們的頻率與冰架自然頻率更緊密地耦合在一起,並且它們產生的冰架運動比正常的海洋重力波膨脹幅度更大。此外,它們不會像正常的海浪那樣受到海冰的影響。結果,它們會彎曲浮冰架,例如羅斯冰架;這種彎曲對冰架上的破裂有很大影響。 [2] [9]

參考資料

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  1. ^ Ardhuin, Fabrice; Arshad Rawat; Jerome Aucan, A numerical model for free infragravity waves: Definition and validation at regional and global scales, Ocean Modelling 77, Elsevier: 20–32, 2014 
  2. ^ 2.0 2.1 Bromirski, Peter D.; Olga V. Sergienko; Douglas R. MacAyeal. Transoceanic infragravity waves impacting Antarctic ice shelves. Geophysical Research Letters. 2010, 37 (L02502): n/a [2022-11-11]. Bibcode:2010GeoRL..37.2502B. S2CID 38071443. doi:10.1029/2009GL041488. (原始內容存檔於2022-11-11). 
  3. ^ 3.0 3.1 Munk, Walter H., Origin and generation of waves, Proceedings 1st International Conference on Coastal Engineering, Long Beach, California: ASCE: 1–4, 1950, ISSN 2156-1028  引用錯誤:帶有name屬性「Munk」的<ref>標籤用不同內容定義了多次
  4. ^ Kinsman, Blair. Wind Waves: Their Generation and Propagation on the Ocean Surface. Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall. 1965: 22–23. OCLC 489729. 
  5. ^ Longuet-Higgins, Michael; R.W. Stewart, Radiation stress and mass transport in gravity waves, with application to ‘surf beats, Journal of Fluid Mechanics 13, Cambridge University Press: 481–504, 1962, doi:10.1017/S0022112062000877 
  6. ^ Symonds, Graham; D. A. Huntley; A. J. Bowent, Two-dimensional surf beat: Long wavegeneration by a time-varying breakpoint, Journal of Geophysical Research, 1982, 87 (C1): 492–498, Bibcode:10.1.1.474.7148 請檢查|bibcode=值 (幫助), doi:10.1029/JC087iC01p00492 
  7. ^ Lugo-Fernández, A.; H. H. Roberts; W. J. Wiseman Jr.; B. L. Carter. Water level and currents of tidal and infragravity periods at Tague Reef, St. Croix (USVI). Coral Reefs. December 1998, 17 (4): 343–349. S2CID 24665450. doi:10.1007/s003380050137. 
  8. ^ Péquignet, A. C.; J. M. Becker; M. A. Merrifield; J. Aucan. Forcing of resonant modes on a fringing reef during tropical storm Man-Yi (PDF). Geophys. Res. Lett. 2009, 36 (L03607): n/a [2022-11-11]. Bibcode:2009GeoRL..36.3607P. doi:10.1029/2008GL036259可免費查閱. (原始內容存檔 (PDF)於2022-11-11). 
  9. ^ Breaking waves: The coup de grace that shatters ice shelves is administered by ocean waves. The Economist. February 18, 2010 [2010-11-25].