Состояние моря - Sea state

Корабль NOAA " Делавэр II" в ненастную погоду на берегу Джорджес Бэнк .

В океанографии , состояние моря является общим состоянием свободной поверхности на большом водоеме-относительно ветровых волн и набухает -при в определенном месте и время. Состояние моря характеризуется статистикой , включая высоту 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 метеорологические буи , волновой радар или спутники дистанционного зондирования .

В случае измерений с буев статистика определяется для временного интервала, в течение которого 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 существенно различаются. Обычно для определения волновой статистики используются записи от ста до тысячи волновых периодов.

Большое количество переменных, участвующих в создании и описании 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 «ветрового моря» по шкале моря Дугласа .

Следует записать направление, откуда исходит вздутие.

Состояния моря в морской технике

В инженерных приложениях состояние моря часто характеризуется следующими двумя параметрами:

• Высота волны Н _1/3 - средняя высота волн от одной трети самых высоких волн.
• Средний период волны, Т ₁ .

Состояние моря в дополнение к этим двум параметрам (или их вариациям) также описывается спектром волн, который является функцией спектра высот волны и спектра направления волны . Некоторые спектры высот волн перечислены ниже. Размер волнового спектра составляет , и многие интересные свойства состояния моря можно найти по спектру. ${\ Displaystyle S (\ omega, \ Theta)}$${\ Displaystyle S (\ omega)}$${\ Displaystyle F (\ Theta)}$${\ Displaystyle \ {S (\ omega) \} = \ {{\ text {length}} ^ {2} \ cdot {\ text {time}} \}}$

Связь между спектром и амплитудой волны для волновой составляющей такова: ${\ Displaystyle S (\ omega _ {j})}$${\ displaystyle A_ {j}}$${\ displaystyle j}$

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

• Международная конференция по буксирным танкам (ITTC) рекомендовала модель спектра для полностью развитого моря (спектр ISSC / модифицированный спектр Пирсона-Московица ):

${\ displaystyle {\ frac {S (\ omega)} {H_ {1/3} ^ {2} T_ {1}}} = {\ frac {0.11} {2 \ pi}} \ left ({\ frac { \ omega T_ {1}} {2 \ pi}} \ right) ^ {- 5} \ mathrm {exp} \ left [-0,44 \ left ({\ frac {\ omega T_ {1}} {2 \ pi} } \ right) ^ {- 4} \ right]}$

• Рекомендуемая ITTC модель спектра для ограниченной выборки ( спектр JONSWAP )

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

где

${\ displaystyle Y = \ exp \ left [- \ left ({\ frac {0,191 \ omega T_ {1} -1} {2 ^ {1/2} \ sigma}} \ right) ^ {2} \ right] }$

а также

${\ displaystyle \ sigma = {\ begin {cases} 0,07 & {\ text {if}} \ omega \ leq 5.24 / T_ {1}, \\ 0,09 & {\ text {if}} \ omega> 5.24 / T_ { 1}. \ End {case}}}$

(Последняя модель с момента своего создания была улучшена на основе работ Филипса и Китайгородского, чтобы лучше моделировать спектр высот волн для высоких волновых чисел .)

Примером функции может быть: ${\ Displaystyle F (\ Theta)}$

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

Таким образом, состояние моря полностью определяется и может быть воссоздано с помощью следующей функции, где - высота волны, равномерно распределена между 0 и и случайным образом извлекается из функции распределения по направлениям.${\ displaystyle \ zeta}$${\ displaystyle \ epsilon _ {j}}$${\ displaystyle 2 \ pi}$${\ displaystyle \ Theta _ {j}}$${\ Displaystyle {\ sqrt {е (\ Theta)}}:}$

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

В дополнение к краткосрочной волновой статистике, представленной выше, долгосрочная статистика состояния моря часто дается в виде объединенной таблицы частот, состоящей из значимой высоты волны и среднего периода волны. Из долгосрочных и краткосрочных статистических распределений можно найти экстремальные значения, ожидаемые в течение срока службы судна. Проектировщик судна может найти наиболее экстремальные состояния моря (экстремальные значения H _1/3 и T ₁ ) из объединенной таблицы частот, а из спектра волн проектировщик может найти наиболее вероятную наибольшую высоту волны в самых экстремальных состояниях моря и спрогнозировать наиболее вероятные максимальные нагрузки на отдельные части корабля по амплитуде реакции операторов 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
• Морская шкала Дугласа

Сноски

Рекомендации

• Боудитч, Натаниэль (1938), американский практический навигатор , HO pub No. 9 (исправленное издание), Гидрографическое управление США, OCLC  31033357
• Фалтинсен, О.М. (1990), Морские нагрузки на суда и морские сооружения , [Cambridge University Press], ISBN 0-521-45870-6