Aallokko lähellä Lyttelton Harbouria, Uusi-Seelanti
Rannalla havaittavat suuret aallonmurtajat voivat olla seurausta kaukana sijaitsevista sääjärjestelmistä tietyllä etäisyydellä keskeytymättömässä meressä. Viisi tekijää vaikuttaa tuuliaaltojen muodostumiseen, jotka myöhemmin muuttuvat valtameren aallokoksi:
- Tuulen nopeus tai voimakkuus suhteessa aaltojen nopeuteen – tuulen on liikuttava nopeammin kuin aallonharjan (siinä suunnassa, johon aallonharja kulkee), jotta nettoenergia siirtyisi ilmasta veteen; voimakkaammat pitkäkestoiset tuulet luovat suurempia aaltoja
- Avoimen veden yhtäjaksoinen etäisyys, jonka yli tuuli puhaltaa ilman merkittävää suunnanmuutosta (ns. fetch)
- Veden pinnan leveys fetchissä
- Tuulen kesto – aika, jonka tuuli on puhaltanut fetchin yli
- Veden syvyys
Kaikki nämä tekijät vaikuttavat yhdessä tuulen aiheuttamien aaltojen kokoon:
- Aallon korkeus (kaukalosta harjanteeseen)
- Aallon pituus (harjanteesta harjanteeseen)
- Aallon kesto (aikaväli, joka kuluu peräkkäisten harjanteiden saapumisen välillä paikallaan pysyvään pisteeseen)
- Aallon etenemissuunta
Syvän veden aaltojen vaikutus vesihiukkasten liikkeisiin (Stokesin ajelehtiminen).
Täysin kehittyneellä merellä on suurin teoreettisesti mahdollinen aaltokoko tietyn vahvuisella tuulella ja tuulen suuntauksella. Jatkuva altistuminen tälle tietylle tuulelle johtaisi energian menetykseen, joka olisi yhtä suuri kuin energian syöttö, mikä antaisi vakaan tilan, johtuen viskositeetin ja aallonhuippujen murtumisen aiheuttamasta energiahäviöstä ”valkovuokkoina”. Tietyn alueen aallot ovat tyypillisesti eri korkuisia. Säätiedotuksissa ja tuuliaaltotilastojen tieteellisessä analysoinnissa aaltojen ominaiskorkeus tietyn ajanjakson aikana ilmaistaan yleensä merkitsevänä aallonkorkeutena. Tämä luku edustaa aaltojen ylimmän kolmanneksen keskimääräistä korkeutta tiettynä ajanjaksona (joka yleensä valitaan jostain 20 minuutin ja 12 tunnin väliltä) tai tietyssä aalto- tai myrskyjärjestelmässä. Merkitsevä aallonkorkeus on myös arvo, jonka ”koulutettu havainnoitsija” (esim. laivaväki) arvioisi meren tilan silmämääräisen havainnoinnin perusteella. Aallonkorkeuden vaihtelun vuoksi suurimmat yksittäiset aallot ovat todennäköisesti jonkin verran alle kaksi kertaa merkitsevän aallonkorkeuden.
Meren pinta-aallon vaiheet: 1. Aallonharja, jossa pintakerroksen vesimassat liikkuvat vaakasuorassa samansuuntaisesti etenevän aaltorintaman kanssa. 2. Laskeva aalto. 3. Laakso, jossa pintakerroksen vesimassat liikkuvat vaakasuunnassa vastakkaiseen suuntaan kuin aaltorintaman suunta. 4. Nouseva aalto.
Tuuliaaltojen synnyn lähteetEdit
Ristimeri matalien aallokon aallokko aallokko lähellä valaiden majakkaa (Phare des Baleines), Île de Ré
Tuulituuli synnyttää tuuliaaltoja. Myös muunlaiset häiriöt, kuten seismiset tapahtumat, voivat aiheuttaa painovoima-aaltoja, mutta ne eivät ole tuuliaaltoja eivätkä yleensä aiheuta aallokkoa. Tuuliaaltojen syntyminen käynnistyy veden pinnalla olevan sivutuulikentän häiriöistä.
Jos kuitenkin asetetaan tasainen vedenpinta (Beaufortin asteikko 0) ja äkilliset sivutuulivirtaukset veden pinnalla, pintatuuliaaltojen syntyminen voidaan selittää kahdella mekanismilla, jotka käynnistyvät turbulenttisten tuulten normaalipainevaihteluista ja samansuuntaisista tuulen leikkausvirtauksista.
Tuulten aiheuttama pinta-aaltojen syntyminenEdit
Aaltojen muodostumismekanismi
Lähteestä ”wind fluctuations”: Tuulen aallonmuodostus lähtee liikkeelle tuulen veteen vaikuttavan normaalipaineen satunnaisjakaumasta. Tämän O.M. Phillipsin vuonna 1957 ehdottaman mekanismin mukaan vedenpinta on aluksi levossa, ja aallon synnyn käynnistävät turbulenttiset tuulivirtaukset ja sen jälkeen tuulen vaihtelut, vedenpintaan vaikuttava normaalipaine. Tästä paineen vaihtelusta johtuen syntyy normaali- ja tangentiaalijännityksiä, jotka synnyttävät aaltokäyttäytymistä veden pinnalla.
Tämän mekanismin oletukset ovat seuraavat:
- Vesi on alun perin levossa;
- Vesi on invisidiä;
- Vesi on irrotationaalista;
- Turbulenttisesta tuulesta veden pintaan kohdistuva normaalipaine on satunnaisesti jakautunut; ja
- ilman ja veden liikkeiden välisiä korrelaatioita ei oteta huomioon.
Tämän mekanismin oletukset ovat:
Yleisesti nämä aallonmuodostusmekanismit esiintyvät yhdessä valtameren pinnalla synnyttäen tuuliaaltoja, jotka lopulta kasvavat täysin kehittyneiksi aalloiksi. Jos oletetaan hyvin tasainen merenpinta (Beaufortin luku, 0) ja äkillinen tuulivirtaus puhaltaa tasaisesti sen poikki, fysikaalinen aaltojen syntyprosessi olisi seuraavanlainen:
- Turbulenttiset tuulivirtaukset muodostavat satunnaisia painevaihteluita meren pinnalla. Painevaihtelut synnyttävät pieniä aaltoja, joiden aallonpituus on muutaman senttimetrin luokkaa (Phillipsin mekanismi).
- Poikkituuli vaikuttaa edelleen alun perin vaihtelevaan merenpintaan. Silloin aallot kasvavat, ja sitä mukaa paine-erot kasvavat, ja tästä johtuva leikkausinstabiliteetti nopeuttaa aaltojen kasvua eksponentiaalisesti (Milesin mekanismi).
- Pinnalla olevien aaltojen välinen vuorovaikutus synnyttää pidempiä aaltoja (Hasselmann et al., 1973), ja tämä vuorovaikutus siirtää energiaa Milesin mekanismin synnyttämistä lyhyemmistä aalloista sellaisiin aaltoihin, joiden taajuudet ovat hieman matalammat kuin aaltojen huippusuuruuksilla. Lopulta aaltojen nopeudesta tulee suurempi kuin poikittaistuulen nopeus (Pierson & Moskowitz).
- (Huomautus: Useimmat aallonpituudesta jaettuna jaksolla lasketut aaltonopeudet ovat verrannollisia pituuden neliöjuureen. Näin ollen lyhintä aallonpituutta lukuun ottamatta aallot noudattavat seuraavassa kappaleessa kuvattua syvän veden teoriaa. 8,5 metrin pituisen aallon on oltava joko matalassa vedessä tai syvän ja matalan veden välissä.)