海浪“大家族”

海浪是大海的“心跳”，它以自己的方式，诉说着大海的喜怒哀乐。

在普通人眼中，海浪“长”得大同小异；但在科学家眼中，海浪“大家族”的每个成员都不相同。

（图源：千库）

滔天白浪何处来？

海浪是怎么产生的呢？或许你会说：“有风，然后才有了浪。”没错，俗话说“无风不起浪”。但是，有时，“风平”浪却不“静”；有时，风很大，但浪并不高。

其实，根据维持海浪的动力来源，可以把海浪分为风浪和涌浪。

风浪：风吹起来的浪是风浪，风是维持海浪波动的动力来源，风把自己的能量传递给了海水。但这需要一定的积累，如果风的吹程不够长，或者风速不够大，浪就很难长高。

涌浪：但是，当浪长到足够高时，即使风向变了或者风平静了，浪在惯性的作用下也不会立刻停下，此时的浪就是涌浪。

一个海域既有风浪又有涌浪，则称为混合浪。

横波(上)和纵波对比示意图(绘图/张玲)

海浪是横波还是纵波？

海浪产生后，是怎么传播的呢？我们把海浪称作表面重力波，这说明海浪的运动受重力支配。

从物理学的波动理论看，海浪和光一样，都是横波，即它的振动方向和传播方向是相互垂直的。与此相比，生活中常见的弹簧振动是一种纵波，它的振动方向和传播方向是相同的。

所以，海浪的传播和光的传播有许多相似的地方。例如：光在一定条件下会发生反射或折射，同样，海浪也会发生反射和折射；光在碰到障碍物时会发生衍射，并以某种方式绕过障碍物，同样，海浪碰到障碍物时也会发生衍射（通常称为“绕射”），以某种方式绕过障碍物继续传播。

（图源：《知识就是力量》杂志）

海浪的“年龄”与“身材”

海浪的“身材”（波长）和“年龄”（周期）之间存在特定的关系，曾经有位叫艾利（Airy）的科学家通过数学推导，给出了它们之间的计算公式。现在我们知道，最初形成的风浪，它的“年龄”与风向、风速有关；涌浪的“身材”既与“年龄”有关，又与水深有关。

特立独行的波浪：孤立波

波形像数学中的正（余）弦曲线的海浪，被称为线性波，也叫微幅波；波峰较为尖陡、波谷较为平坦的海浪，被称为非线性波，有一类特殊的非线性波，叫作孤立波。

孤立波只有波峰没有波谷，是形如钟罩的单个波形。它通常存在于浅水环境中，英国科学家罗素最早在运河里观察到了孤立波。

孤立波可以传播很远而不改变自己的波形，和其他孤立波相遇混在一起再分离后，也能保持原来的波形，所以算是较为特立独行的波浪了。

（图源：《知识就是力量》杂志）

海浪的破碎

海浪从远处奔向岸边，最终会随着一声巨响化作一层层水沫。这种现象在物理学上被称为海浪的破碎。

海浪的破碎方式有很多种：

崩破波是海浪在较平缓的海滩上破碎形成的，整个过程较为舒缓，不会听到巨响，但会看到海面泛起的一层层水沫。

卷破波是指海浪波峰前端犹如舌头般翻卷后，落在波谷上形成的破碎波。由于翻卷的水舌压缩了其中的空气，所以会发出轰鸣声。

激碎波是从海浪水体下方开始破碎而波峰基本不变的一类破碎波，通常是由较长周期的涌浪，在较陡的海滩上破碎形成的。

无论以上哪种破碎方式，其根本原因都是海浪水质点的速度超过了外在波形的传播速度——当海浪高度超过了水深的0.78倍时，海浪就会破碎。

（图源：《知识就是力量》杂志）

在深海大洋中，平静的海面会突然形成最大接近 10 层楼高的巨浪，我们称之为畸形波(概念图)

（图源：《知识就是力量》杂志）

船头、船身两侧和船尾形成的波浪，我们称之为船行波

水质点可以理解为一小块微水团。海浪是一种流体运动。正因为其表面下方不同位置的微水团运动速度不一样，外在才会表现为波状的形态。我们肉眼能判断的是波形的传播速度，这和海浪下方水团的运动速度是两个概念。

认识海浪的类型和各类海浪的形成、演化规律，是我们认识海洋、经略海洋的重要一环。现代科学技术通过卫星遥感监测、动力学建模、计算机模拟等手段，已经可以对常规海浪做出较为精准的预报。但是，对于深远海极端海浪的预报和防控，还有待完善。大海的力量如此神秘，值得我们继续深入探索。

撰文｜陆杨、杨氾

责任编辑 | 高琳、郭庭瑄

运营编辑 | 郭庭瑄

质量审核 | 业蕾

❖ 文章来源：《知识就是力量》杂志

《海浪“大家族”》 ❖

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