海洋表面波浪中的白峰

Question

尽管海洋表面波浪破浪的物理原理可能还不太清楚，但对于一般的海滩游客来说，破浪是什么以及它的样子并不神秘。但是，在文献中出现的波的“白顶消散”的语境中，我对“白顶”是什么感到困惑。

1. 什么是白帽子?是波浪破裂时产生的白色“物质”吗?
2. 如果是的话，是什么导致了这些白色的“东西”?它和“泡沫”是一样的吗?这个词在文献中也有出现。
3. “白顶”和“破浪”是同义词吗?它们实际上是一样的吗?

请提供相关的参考资料。

Answer 1

白顶是指在深水中由陡度引起的波浪消散，在此过程中，一些空气被带入近水面，形成水和空气的乳剂状气泡(泡沫)，呈现白色。当波峰附近单个水粒子的速度超过波的相速度时，就会发生这种情况，导致波的正面变得太陡而“断裂”。更陡、更有力的破碎机能更有效地将气泡引入水柱，从而产生更多的泡沫。白顶是海气交换的重要过程。

在波浪建模界，由于目前的波谱波预测模型没有解决破碎波的空气夹带问题，我们使用术语“白顶”来描述所有由陡度引起的深水波耗散。例如，请参见Hasselmann (1974)。

浪也因而破变浅当它们进入浅水时，这些通常被称为跳水浪。虽然俯冲式破浪毫无疑问会产生大量泡沫，但我们不会使用“白顶”这个术语来描述它们。因此，如第一段所述，白顶是一种特定的波中断。

参见全面的审查Cavaleri et al. (2007)用于描述当前波浪模型所代表的所有过程。