Состояние моря

Общее состояние свободной поверхности большого водоема NOAA корабль Делавэр II в ненастную погоду на Georges Bank.

В океанографии, состояние моря - это общее состояние свободной поверхности на большом теле вода - по отношению к ветровым волнам и зыбью - в определенном месте и в определенный момент. 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 дистанционное зондирование спутники.

В случае измерений с буев статистика определяется для временного интервала, 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.

Содержание

• 1 Код состояния моря ВМО
• 2 Состояние моря в морской технике
• 3 См. Также
• 4 Сноски
• 5 Ссылки

Код состояния моря ВМО

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

Кодекс состояния моря Всемирной метеорологической организации (ВМО) в значительной степени принимает определение «морского ветра» по шкале Дугласа.

Состояние моря ВМО Код	Высота волны	Характеристики
0	0 метров (0 футов)	Спокойный (гладкий)
1	от 0 до 0,1 метра (от 0,00 до 0,33 фута)	Спокойный (волнистый)
2	от 0,1 до 0,5 метра (от 3,9 дюйма до 1 фута 7,7 дюйма)	Гладкий (волны)
3	от 0,5 до 1,25 метра (от 1 фута 8 дюймов до 4 футов 1) дюйм)	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) дюйм)	грубая
6	от 4 до 6 метров (от 13 до 20 футов)	очень грубая
7	от 6 до 9 метров (от 20 до 30 футов)	высокая
8	от 9 до 14 метров (от 30 до 46 футов)	Очень высокий
9	Более 14 метров (46 футов)	Феноменальный

Характер морской волны

	0. Нет
Низкий	1. Короткое или среднее. 2. Длинный
Умеренный	3. Короткий. 4. Среднее значение. 5. Длинная
Высокая	6. Короткий. 7. Среднее значение. 8. Длинный
	9. Запутано

Следует записать направление, откуда исходит волна.

Состояние моря в морской технике

В инженерных приложениях состояние моря часто характеризуется следующими двумя параметрами:

• значимая высота волны H 1/3 - средняя высота волны одной трети самых высоких волн.
• Средний период волны, T 1.

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

Связь между спектром $S\; (\omega \; j)\; \{\backslash \; displaystyle\; S\; (\backslash \; omega\; \_\; \{j\})\}$и амплитудой волны $A\; j\; \{\backslash \; displaystyle\; A\_\; \{j\}\}$для волновой составляющей $j\; \{\backslash \; displaystyle\; j\}$:

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

• Рекомендуемая ITTC модель спектра для полностью освоенного моря (спектр ISSC / модифицировано Спектр Пирсона-Московица ):

$S\; (\omega )\; H\; 1/3\; 2\; T\; 1\; =\; 0,11\; 2\; \pi \; (\omega \; T\; 1\; 2\; \pi )\; -\; 5\; exp\; [-\; 0,44\; (\omega \; T\; 1\; 2\; \pi )\; -\; 4]\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; frac\; \{S\; (\backslash \; omega)\}\; \{H\_\; \{1/3\}\; ^\; \{2\}\; T\_\; \{1\}\}\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{0.11\}\; \{2\; \backslash \; pi\}\}\; \backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{\; \backslash \; omega\; T\_\; \{1\}\}\; \{2\; \backslash \; pi\}\}\; \backslash \; right)\; ^\; \{-\; 5\}\; \backslash \; mathrm\; \{exp\}\; \backslash \; left\; [-0,44\; \backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{\backslash \; omega\; T\_\; \{1\}\}\; \{2\; \backslash \; pi\}\; \}\; \backslash \; right)\; ^\; \{-\; 4\}\; \backslash \; right]\}$

• Рекомендуемая ITTC модель спектра для ограниченной выборки ()

$S\; (\omega )\; =\; 155\; H\; 1/3\; 2\; T\; 1\; 4\; \omega \; 5\; exp\; (-\; 944\; T\; 1\; 4\; \omega \; 4)\; (3.3)\; Y,\; \{\backslash \; Displaystyle\; S\; (\backslash \; omega)\; =\; 155\; \{\backslash \; frac\; \{H\_\; \{1/3\}\; ^\; \{2\}\}\; \{T\_\; \{1\}\; ^\; \{4\}\; \backslash \; omega\; ^\; \{5\}\; \}\}\; \backslash \; mathrm\; \{exp\}\; \backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{-944\}\; \{T\_\; \{1\}\; ^\; \{4\}\; \backslash \; omega\; ^\; \{4\}\}\}\; \backslash \; righ\; t)\; (3.3)\; ^\; \{Y\},\}$

где

$Y\; =\; exp\; \; [-\; (0,191\; \omega \; T\; 1\; -\; 1\; 2\; 1/2\; \sigma )\; 2]\; \{\backslash \; displaystyle\; Y\; =\; \backslash \; exp\; \backslash \; left\; [-\; \backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{0.191\; \backslash \; omega\; T\_\; \{1\}\; -1\}\; \{2\; ^\; \{1/2\}\; \backslash \; sigma\}\}\; \backslash \; right)\; ^\; \{2\}\; \backslash \; right]\}$

и

$\sigma \; =\; \{\; 0,07,\; если\; \omega \; \le \; 5,24\; /\; T\; 1,\; 0,09,\; если\; \omega >5,24\; /\; T\; 1.\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; sigma\; =\; \{\backslash \; begin\; \{cases\}\; 0,07\; \{\backslash \; text\; \{if\}\}\; \backslash \; omega\; \backslash \; leq\; 5.24\; /\; T\_\; \{1\},\; \backslash \backslash \; 0,09\; \{\backslash \; text\; \{if\}\}\; \backslash \; omega>5.24\; /\; T\_\; \{\; 1\}.\; \backslash \; End\; \{cases\}\}\}$

( Последняя модель с момента своего создания улучшилась на основе работы Филипса и Китайгородского, чтобы лучше моделировать спектр высот волн для высоких волновые числа.)

Пример функции $f\; (\Theta )\; \{\backslash \; displaystyle\; f\; (\backslash \; Theta)\}$может быть:

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

Таким образом, состояние моря полностью определено и может быть воссоздано следующей функцией, где $\zeta \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; zeta\}$равно высота волны $ϵ\; j\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; epsilon\; \_\; \{j\}\}$равномерно распределена между 0 и $2\; \pi \; \{\backslash \; displaystyle\; 2\; \backslash \; pi\}$и $\Theta \; j\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; Theta\; \_\; \{j\}\}$случайным образом выбирается из функции направленного распределения $f\; (\Theta ):\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; sqrt\; \{f\; (\; \backslash \; Theta)\}\}:\}$

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

В дополнение к краткосрочному Волновая статистика, представленная выше, долгосрочная статистика состояния моря часто дается в виде объединенной таблицы частот, включающей значительную высоту волны и средний период волны. Из долгосрочных и краткосрочных статистических распределений можно найти экстремальные значения, ожидаемые в течение срока службы судна. Конструктор корабля 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 вероятная наибольшая высота волны в самых экстремальных состояниях моря и прогнозирует наиболее вероятные наибольшие нагрузки на отдельные части судна на основе операторов амплитуды отклика судна. Переживать состояние моря один раз в 100 или один раз в 1000 лет - нормальное требование для проектирования судов и морских сооружений.

См. Также

• Шкала Бофорта
• Кросс-море
• Морская шкала Дугласа

Сноски

Ссылки

• Боудич, Натаниэль (1938), Американский практический навигатор, HO pub No. 9 (отредактированная редакция), Гидрографическое управление США, OCLC 31033357
• Фальтинсен, О.М. (1990), Морские нагрузки на суда и морские сооружения, [Cambridge University Press], ISBN 0-521-45870-6