海浪“大家族”

陸楊 楊氾

滔天白浪何處來？

海浪是怎么產(chǎn)生的呢？或許你會(huì)說：“有風(fēng)，然后才有了浪?！睕]錯(cuò)，俗話說“無風(fēng)不起浪”。但是，有時(shí)，“風(fēng)平”浪卻不“靜”；有時(shí)，風(fēng)很大，但浪并不高。

其實(shí)，根據(jù)維持海浪的動(dòng)力來源，可以把海浪分為風(fēng)浪和涌浪。

風(fēng)浪：風(fēng)吹起來的浪是風(fēng)浪，風(fēng)是維持海浪波動(dòng)的動(dòng)力來源，風(fēng)把自己的能量傳遞給了海水。但這需要一定的積累，如果風(fēng)的吹程不夠長，或者風(fēng)速不夠大，浪就很難長高。

涌浪：但是，當(dāng)浪長到足夠高時(shí)，即使風(fēng)向變了或者風(fēng)平靜了，浪在慣性的作用下也不會(huì)立刻停下，此時(shí)的浪就是涌浪。

一個(gè)海域既有風(fēng)浪又有涌浪，則稱為混合浪。

橫波（上）和縱波對(duì)比示意圖（繪圖/張玲）

海浪是橫波還是縱波？

海浪產(chǎn)生后，是怎么傳播的呢？我們把海浪稱作表面重力波，這說明海浪的運(yùn)動(dòng)受重力支配。

從物理學(xué)的波動(dòng)理論看，海浪和光一樣，都是橫波，即它的振動(dòng)方向和傳播方向是相互垂直的。與此相比，生活中常見的彈簧振動(dòng)是一種縱波，它的振動(dòng)方向和傳播方向是相同的。

所以，海浪的傳播和光的傳播有許多相似的地方。例如：光在一定條件下會(huì)發(fā)生反射或折射，同樣，海浪也會(huì)發(fā)生反射和折射；光在碰到障礙物時(shí)會(huì)發(fā)生衍射，并以某種方式繞過障礙物，同樣，海浪碰到障礙物時(shí)也會(huì)發(fā)生衍射（通常稱為“繞射”），以某種方式繞過障礙物繼續(xù)傳播。

海浪的“年齡”與“身材”

海浪的“身材”（波長）和“年齡”（周期）之間存在特定的關(guān)系，曾經(jīng)有位叫艾利（Airy）的科學(xué)家通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)，給出了它們之間的計(jì)算公式?，F(xiàn)在我們知道，最初形成的風(fēng)浪，它的“年齡”與風(fēng)向、風(fēng)速有關(guān)；涌浪的“身材”既與“年齡”有關(guān)，又與水深有關(guān)。

特立獨(dú)行的波浪：孤立波

波形像數(shù)學(xué)中的正（余）弦曲線的海浪，被稱為線性波，也叫微幅波；波峰較為尖陡、波谷較為平坦的海浪，被稱為非線性波，有一類特殊的非線性波，叫作孤立波。

孤立波只有波峰沒有波谷，是形如鐘罩的單個(gè)波形。它通常存在于淺水環(huán)境中，英國科學(xué)家羅素最早在運(yùn)河里觀察到了孤立波。

孤立波可以傳播很遠(yuǎn)而不改變自己的波形，和其他孤立波相遇混在一起再分離后，也能保持原來的波形，所以算是較為特立獨(dú)行的波浪了。

海浪的破碎

海浪從遠(yuǎn)處奔向岸邊，最終會(huì)隨著一聲巨響化作一層層水沫。這種現(xiàn)象在物理學(xué)上被稱為海浪的破碎。

海浪的破碎方式有很多種：

崩破波是海浪在較平緩的海灘上破碎形成的，整個(gè)過程較為舒緩，不會(huì)聽到巨響，但會(huì)看到海面泛起的一層層水沫。

卷破波是指海浪波峰前端猶如舌頭般翻卷后，落在波谷上形成的破碎波。由于翻卷的水舌壓縮了其中的空氣，所以會(huì)發(fā)出轟鳴聲。

激碎波是從海浪水體下方開始破碎而波峰基本不變的一類破碎波，通常是由較長周期的涌浪，在較陡的海灘上破碎形成的。

無論以上哪種破碎方式，其根本原因都是海浪水質(zhì)點(diǎn)的速度超過了外在波形的傳播速度——當(dāng)海浪高度超過了水深的0.78倍時(shí)，海浪就會(huì)破碎。

水質(zhì)點(diǎn)可以理解為一小塊微水團(tuán)。海浪是一種流體運(yùn)動(dòng)。正因?yàn)槠浔砻嫦路讲煌恢玫奈⑺畧F(tuán)運(yùn)動(dòng)速度不一樣，外在才會(huì)表現(xiàn)為波狀的形態(tài)。我們?nèi)庋勰芘袛嗟氖遣ㄐ蔚膫鞑ニ俣?，這和海浪下方水團(tuán)的運(yùn)動(dòng)速度是兩個(gè)概念。

船頭、船身兩側(cè)和船尾形成的波浪，我們稱之為船行波

在深海大洋中，平靜的海面會(huì)突然形成最大接近10層樓高的巨浪，我們稱之為畸形波（概念圖）

認(rèn)識(shí)海浪的類型和各類海浪的形成、演化規(guī)律，是我們認(rèn)識(shí)海洋、經(jīng)略海洋的重要一環(huán)。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)通過衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)、動(dòng)力學(xué)建模、計(jì)算機(jī)模擬等手段，已經(jīng)可以對(duì)常規(guī)海浪做出較為精準(zhǔn)的預(yù)報(bào)。但是，對(duì)于深遠(yuǎn)海極端海浪的預(yù)報(bào)和防控，還有待完善。大海的力量如此神秘，值得我們繼續(xù)深入探索。

（責(zé)任編輯 / 高琳? 美術(shù)編輯 / 周游）