Grandi frangenti osservati su una spiaggia possono derivare da sistemi meteorologici lontani su una certa distanza dell’oceano ininterrotto. Cinque fattori influenzano la formazione delle onde del vento che diventeranno mareggiate oceaniche:

• Velocità o forza del vento rispetto alla velocità dell’onda – il vento deve muoversi più velocemente della cresta dell’onda (nella direzione in cui viaggia la cresta dell’onda) per il trasferimento netto di energia dall’aria all’acqua; I venti più forti e prolungati creano onde più grandi
• La distanza ininterrotta di acqua aperta sulla quale il vento soffia senza significativi cambiamenti di direzione (chiamata fetch)
• Larghezza della superficie dell’acqua nel fetch
• Durata del vento – il tempo in cui il vento ha soffiato sul fetch
• Profondità dell’acqua

Tutti questi fattori lavorano insieme per determinare la dimensione delle onde del vento:

• Altezza dell’onda (dalla depressione alla cresta)
• Lunghezza dell’onda (da cresta a cresta)
• Periodo dell’onda (intervallo di tempo tra l’arrivo di creste consecutive in un punto stazionario)
• Direzione di propagazione dell’onda

Un mare completamente sviluppato ha la massima dimensione d’onda teoricamente possibile per un vento di una specifica forza e fetch. Un’ulteriore esposizione a quel vento specifico comporterebbe una perdita di energia pari all’energia in ingresso dando uno stato stazionario, a causa della dissipazione di energia dalla viscosità e dalla rottura delle cime delle onde come “whitecaps”. Le onde in una data area hanno tipicamente una gamma di altezze. Per le previsioni del tempo e per l’analisi scientifica delle statistiche sulle onde del vento, la loro altezza caratteristica in un intervallo di tempo è solitamente espressa come altezza significativa dell’onda. Questa cifra rappresenta un’altezza media del terzo più alto delle onde in un dato periodo di tempo (di solito scelto da qualche parte nell’intervallo da 20 minuti a dodici ore), o in una specifica onda o sistema di tempeste. L’altezza significativa dell’onda è anche il valore che un “osservatore addestrato” (per esempio dall’equipaggio di una nave) stimerebbe dall’osservazione visiva di uno stato del mare. Data la variabilità dell’altezza delle onde, è probabile che le più grandi onde individuali siano un po’ meno del doppio dell’altezza significativa dell’onda.

Fonti di generazione di onde eolicheModifica

Le onde eoliche sono generate dal vento. Altri tipi di perturbazioni, come gli eventi sismici, possono anche causare onde gravitazionali, ma non sono onde del vento, e non si traducono generalmente in onde. La generazione di onde di vento è iniziata dalle perturbazioni del campo di vento trasversale sulla superficie dell’acqua.

Tuttavia, se si imposta una superficie d’acqua piatta (Scala Beaufort 0) e bruschi flussi di vento trasversale sulla superficie dell’acqua, allora la generazione di onde di vento superficiali può essere spiegata da due meccanismi, che sono iniziati da normali fluttuazioni di pressione dei venti turbolenti e flussi paralleli di taglio del vento.

Generazione di onde superficiali da parte dei ventiModifica

Da “fluttuazioni del vento”: La formazione delle onde del vento è iniziata da una distribuzione casuale della pressione normale che agisce sull’acqua dal vento. Con questo meccanismo, proposto da O.M. Phillips nel 1957, la superficie dell’acqua è inizialmente a riposo, e la generazione dell’onda è iniziata dai flussi turbolenti del vento e poi dalle fluttuazioni del vento, pressione normale che agisce sulla superficie dell’acqua. A causa di questa fluttuazione di pressione sorgono sollecitazioni normali e tangenziali che generano un comportamento ondoso sulla superficie dell’acqua.

Le ipotesi di questo meccanismo sono le seguenti:

1. L’acqua è originariamente a riposo;
2. L’acqua è inviscida;
3. L’acqua è irrotazionale;
4. La pressione normale alla superficie dell’acqua dal vento turbolento è distribuita in modo casuale; e
5. Le correlazioni tra i movimenti dell’aria e dell’acqua sono trascurate.

I presupposti di questo meccanismo sono:

Generalmente, questi meccanismi di formazione delle onde si verificano insieme sulla superficie dell’oceano, dando origine alle onde del vento che alla fine crescono in onde completamente sviluppate. Se si suppone una superficie del mare molto piatta (numero di Beaufort, 0), e un improvviso flusso di vento soffia costantemente su di essa, il processo fisico di generazione delle onde sarebbe come questo:

1. I flussi di vento turbolento formano fluttuazioni di pressione casuale sulla superficie del mare. Piccole onde di pochi centimetri di lunghezza d’onda sono generate dalle fluttuazioni di pressione (meccanismo Phillips).
2. Il vento trasversale continua ad agire sulla superficie del mare inizialmente fluttuante. Poi le onde diventano più grandi, e mentre lo fanno, le differenze di pressione aumentano, e l’instabilità di taglio risultante accelera la crescita delle onde in modo esponenziale (meccanismo di Miles).
3. L’interazione tra le onde sulla superficie genera onde più lunghe (Hasselmann et al., 1973) e questa interazione trasferisce energia dalle onde più corte generate dal meccanismo di Miles a quelle che hanno frequenze leggermente più basse rispetto alle magnitudini delle onde di picco. In definitiva, la velocità dell’onda diventa superiore a quella del vento trasversale (Pierson & Moskowitz).

• (Nota: La maggior parte delle velocità delle onde calcolate dalla lunghezza d’onda divisa per il periodo sono proporzionali alla radice quadrata della lunghezza. Così, tranne che per la lunghezza d’onda più corta, le onde seguono la teoria delle acque profonde descritta nella prossima sezione. L’onda lunga 8,5 m deve essere o in acque poco profonde o tra profonde e poco profonde.)