什么导致波形成特征“打破”方法海岸线的形状?

Question

我们都知道,随着海浪的方法浅海岸,海浪开始形成一个形状特征。上部的碎波出现在底部旋度向前和向下的波,在闯入“洗白”。下图说明了这种特性的形状是什么样子:

为什么波形式打破,这个特征形状时方法浅海岸?

Answer 1

你所描述的物理过程被称为波变浅。

在基本层面上,波传播到浅水变短和更高,因此,更陡。在浅水中,波峰附近的水粒子移动向前速度比下面。同样,槽附近的粒子移动落后的速度比上面。这导致强烈的剪切的近地表水体,最终形成一个使断路器或冲浪波。small-slope(线性)和非粘性的(没有摩擦),上面的是底部边界条件的结果为水在海底速度为零。

有两种基本的水波和相关属性导致变浅。一个是波频率ω\美元保持不变的深度d降低美元。认为这是在任何定点波峰保护。然而,波数k美元(波长\λ)美元必须增加(减少)减少深度,根据色散关系水的波浪(忽略粘度的影响):

$ $ \ω^ {2}= gk \双曲正切{(kd)} $ $

重力加速度g美元在哪里。在浅水中,色散关系减少:

$ $ \ω= \√6 k $ $ {gd}

C_p美元和相速度和群速度C_g美元都是水深的平方根成正比:

$ $ C_p = \ dfrac{\ω}{k} = \ sqrt {gd} $ $

$ $ C_g = \ dfrac{\部分\ω}{\部分k} = \ sqrt {gd} $ $

个人浪峰C_p美元以阶段的速度传播。波组和波能量传播与群速度C_g美元。因此,进入浅水波浪更短的和慢。第二个重要属性导致变浅波能量通量守恒,这群速度和波能量成正比:

$ $ \ dfrac{\部分(C_ {g} E)} {x} \部分= 0 $ $

因为群速度减小,波浪能源(高度)必须增加(本地)。这使波在高度生长进入浅水区。@IsopycnalOscillation所指出的在上面的评论中,水的分离粒子波的波峰发生因为个人轨道速度的顶部波峰超过波的相速度。

虽然底摩擦是重要和不可忽视在浅水区,它不会引起变浅。数学上,波驶入可能发生完全非粘和small-slope(线性)波传播到水下降的深度。

Answer 2

我想补充的是讨论的物理参数,是一个简单的测量是否一波将推翻。弗劳德数定义为最大绝对流体速度的比值,U,美元和wavespeed c:美元

$ F = U /加元

因为IRO-bot机制解释的,

在浅水中,波峰附近的水粒子前进速度比下面。同样,槽附近的粒子向后移动速度比上面。

最高速度是遇到了顶部的波,因此一个好的经验法则是,如果流体速度趋于表面波速度,我。e F \ 1美元,那么波将倒塌。

问题是什么值F引起美元的完美管感觉冲浪者渴望完全以你的照片。

当然,因为F > 1美元意味着波振幅大,线性理论不再是有帮助的。我们可能要等到我们可以得到一些明确的答案从规模DNS的3 d模拟海洋波浪的现象。