Состояние моря - Sea state - Wikipedia

NOAA корабль Делавэр II в непогоду на Georges Bank.

В океанография, состояние моря общее состояние свободная поверхность на большом водоеме - относительно ветровые волны и опухать - в определенном месте и в определенный момент. Состояние моря характеризуется статистика, в том числе высота волны, период, и спектр мощности. Состояние моря меняется со временем, так как меняются ветровые условия или условия волнения. Состояние моря может быть оценено либо опытным наблюдателем, например, обученным моряком, либо с помощью таких инструментов, как буи погоды, волновой радар или же дистанционное зондирование спутники.

В случае измерений с буев статистика определяется для интервала времени, в котором состояние моря можно считать постоянным. Эта продолжительность должна быть намного больше, чем период отдельной волны, но меньше, чем период, в течение которого условия ветра и зыби значительно меняются. Обычно для определения волновой статистики используются записи от ста до тысячи волновых периодов.

Большое количество переменных, участвующих в создании состояния моря, не может быть быстро и легко обобщено, поэтому используются более простые шкалы, чтобы дать приблизительное, но краткое описание условий для сообщения в судовом журнале или аналогичной записи.

Код государства моря ВМО

Зима, Северная Атлантика - вода над палубой и люками, шторм с огромными волнами (1958)

Кодекс состояния моря Всемирной метеорологической организации (ВМО) в значительной степени принимает определение моря ветра. Douglas Sea Scale.

Кодекс государства моря ВМО	Высота волны	Характеристики
0	0 метров (0 футов)	Спокойный (стеклянный)
1	От 0 до 0,1 метра (от 0,00 до 0,33 фута)	Спокойствие (рябь)
2	От 0,1 до 0,5 метра (от 3,9 до 1 фута 7,7 дюйма)	Гладкая (вейвлеты)
3	От 0,5 до 1,25 метра (от 1 фута 8 дюймов до 4 футов 1 дюйма)	Незначительный
4	От 1,25 до 2,5 метров (от 4 футов 1 дюйма до 8 футов 2 дюйма)	Умеренный
5	От 2,5 до 4 метров (от 8 футов 2 дюйма до 13 футов 1 дюйма)	Грубый
6	От 4 до 6 метров (от 13 до 20 футов)	Очень грубо
7	От 6 до 9 метров (от 20 до 30 футов)	Высоко
8	От 9 до 14 метров (от 30 до 46 футов)	Очень высоко
9	Более 14 метров (46 футов)	Феноменальный

Характер морской волны

	0. Нет
Низкий	1. Короткие или средние 2. Длинный
Умеренный	3. Короткие 4. Средний 5. Длинный
Высоко	6. Короткий 7. Средний 8. Длинный
	9. В замешательстве

Следует записать направление, откуда исходит вздутие.

Состояния моря в морской технике

В инженерных приложениях состояние моря часто характеризуется следующими двумя параметрами:

• В значительная высота волны ЧАС_1/3 - значение высота волны одной трети высших волн.
• Средний период волны, Т₁.

Состояние моря в дополнение к этим двум параметрам (или их вариациям) также описывается волновой спектр ${\displaystyle S(\omega ,\Theta )}$ которая является функцией спектра высот волны ${\displaystyle S(\omega )}$ и спектр направления волны ${\displaystyle f(\Theta )}$. Некоторые спектры высот волн перечислены ниже. Размерность волнового спектра равна ${\displaystyle \{S(\omega )\}=\{{\text{length}}^{2}\cdot {\text{time}}\}}$, и многие интересные свойства о состоянии моря можно найти по спектру.

Связь между спектром ${\displaystyle S(\omega _{j})}$ а амплитуда волны ${\displaystyle A_{j}}$ для волновой составляющей ${\displaystyle j}$ является:

${\displaystyle {\frac {1}{2}}A_{j}^{2}=S(\omega _{j})\,\Delta \omega }$

• ITTC^[1] рекомендованная модель спектра для полностью освоенного моря (ISSC^[2] спектр / модифицированный Спектр Пирсона-Московица ):^[3]

${\displaystyle {\frac {S(\omega )}{H_{1/3}^{2}T_{1}}}={\frac {0.11}{2\pi }}\left({\frac {\omega T_{1}}{2\pi }}\right)^{-5}\mathrm {exp} \left[-0.44\left({\frac {\omega T_{1}}{2\pi }}\right)^{-4}\right]}$

• Рекомендуемая ITTC модель спектра для ограниченного принести (JONSWAP спектр )

${\displaystyle S(\omega )=155{\frac {H_{1/3}^{2}}{T_{1}^{4}\omega ^{5}}}\mathrm {exp} \left({\frac {-944}{T_{1}^{4}\omega ^{4}}}\right)(3.3)^{Y},}$

куда

${\displaystyle Y=\exp \left[-\left({\frac {0.191\omega T_{1}-1}{2^{1/2}\sigma }}\right)^{2}\right]}$

и

${\displaystyle \sigma ={\begin{cases}0.07&{\text{if }}\omega \leq 5.24/T_{1},\\0.09&{\text{if }}\omega >5.24/T_{1}.\end{cases}}}$

(Последняя модель с момента своего создания была улучшена на основе работы Филипса и Китайгородского, чтобы лучше моделировать спектр высот волн для высоких волновые числа.^[4])

Пример функции ${\displaystyle f(\Theta )}$ возможно:

${\displaystyle f(\Theta )={\frac {2}{\pi }}\cos ^{2}\Theta ,\qquad -\pi /2\leq \Theta \leq \pi /2}$

Таким образом, состояние моря полностью определяется и может быть воссоздано с помощью следующей функции, где ${\displaystyle \zeta }$ высота волны, ${\displaystyle \epsilon _{j}}$ равномерно распределяется между 0 и ${\displaystyle 2\pi }$, и ${\displaystyle \Theta _{j}}$ случайно берется из функции распределения по направлениям ${\displaystyle {\sqrt {f(\Theta )}}:}$^[5]

${\displaystyle \zeta =\sum _{j=1}^{N}{\sqrt {2S(\omega _{j})\Delta \omega _{j}}}\;\sin(\omega _{j}t-k_{j}x\cos \Theta _{j}-k_{j}y\sin \Theta _{j}+\epsilon _{j}).}$

В дополнение к краткосрочной волновой статистике, представленной выше, долгосрочная статистика состояния моря часто дается в виде объединенной таблицы частот, в которой указаны значительная высота волны и средний период волны. Из долгосрочных и краткосрочных статистических распределений можно найти экстремальные значения, ожидаемые в течение срока эксплуатации судна. Судовой конструктор может найти самые экстремальные состояния моря (экстремальные значения H_1/3 и т₁) по объединенной таблице частот и по спектру волн разработчик может найти наиболее вероятную наибольшую высоту волны в наиболее экстремальных состояниях моря и спрогнозировать наиболее вероятные наибольшие нагрузки на отдельные части судна от операторы амплитуды отклика корабля. Переживать состояние моря один раз в 100 или один раз в 1000 лет - нормальное требование для проектирования судов и морских сооружений.

Смотрите также

• Шкала Бофорта
• Пересечь море
• Дуглас морская шкала

Сноски

1. Международная конференция по буксировочным танкам (ITTC), получено 11 ноября 2010
2. Международный конгресс по судам и морским сооружениям
3. Pierson, W. J .; Московиц, Л. (1964), "Предлагаемая спектральная форма для полностью развитых ветровых морей, основанная на теории подобия С.А. Китайгородского", Журнал геофизических исследований, 69 (24): 5181–5190, Bibcode:1964JGR .... 69.5181P, Дои:10.1029 / JZ069i024p05181
4. Эльфухайлы, Т .; Chapron, B .; Katsaros, K .; Вандемарк, Д. (15 июля 1997 г.). «Единый спектр направлений для длинных и коротких ветровых волн» (PDF). Журнал геофизических исследований. 102 (C7): 15781–15796. Bibcode:1997JGR ... 10215781E. Дои:10.1029 / 97jc00467.
5. Джефферис, Э. Р. (1987), "Направленные моря должны быть эргодическими", Прикладные исследования океана, 9 (4): 186–191, Дои:10.1016/0141-1187(87)90001-0

Рекомендации

• Боудич, Натаниэль (1938), Американский практический навигатор, H.O. паб № 9 (пересмотренное издание), Гидрографическое управление США, OCLC  31033357
• Фальтинсен, О. М. (1990), Морские нагрузки на суда и морские сооружения, [Издательство Кембриджского университета], ISBN  0-521-45870-6