Deining bij Lyttelton Harbour, Nieuw-Zeeland
Grote branding die op een strand wordt waargenomen, kan het gevolg zijn van verre weersystemen over een bepaalde afstand van de ononderbroken oceaan. Vijf factoren zijn van invloed op de vorming van windgolven die overgaan in oceaan deining:
- Windsnelheid of sterkte ten opzichte van golfsnelheid – de wind moet sneller bewegen dan de golftop (in de richting waarin de golftop beweegt) voor netto energieoverdracht van lucht naar water; sterkere langdurige winden creëren grotere golven
- De ononderbroken afstand van open water waarover de wind waait zonder noemenswaardige verandering van richting (de fetch genoemd)
- Breedte van het wateroppervlak in de fetch
- Windduur – de tijd gedurende welke de wind over de fetch heeft geblazen
- Waterdiepte
Al deze factoren werken samen om de grootte van windgolven te bepalen:
- Golfhoogte (van trog tot topkam)
- Golflengte (van top tot topkam)
- Golfperiode (tijdsinterval tussen aankomst van opeenvolgende topkammen op een stationair punt)
- Golfvoortplantingsrichting
Effecten van diepwatergolven op de beweging van waterdeeltjes (Stokes drift).
Een volledig ontwikkelde zee heeft de maximale golfgrootte die theoretisch mogelijk is bij een wind van een bepaalde sterkte en een bepaald trekkrachtverloop. Verdere blootstelling aan die specifieke wind zou resulteren in een energieverlies dat gelijk is aan de energietoevoer die een constante toestand oplevert, ten gevolge van de energiedissipatie door viscositeit en het breken van golftoppen als “witte kappen”. Golven in een bepaald gebied hebben gewoonlijk een bereik van hoogten. Voor de weerberichten en voor de wetenschappelijke analyse van windgolfstatistieken wordt hun karakteristieke hoogte over een tijdsinterval gewoonlijk uitgedrukt als significante golfhoogte. Dit cijfer staat voor de gemiddelde hoogte van het hoogste een-derde deel van de golven in een bepaalde tijdsperiode (gewoonlijk ergens gekozen tussen 20 minuten en twaalf uur), of in een specifiek golf- of stormsysteem. De significante golfhoogte is ook de waarde die een “geoefend waarnemer” (b.v. van een scheepsbemanning) zou schatten op grond van een visuele waarneming van een toestand van de zee. Gezien de variabiliteit van de golfhoogte, zullen de grootste individuele golven waarschijnlijk iets minder dan tweemaal de significante golfhoogte bedragen.
De fasen van een oceaangolf aan het oppervlak: 1. Golfcrest, waarbij de watermassa’s van de oppervlaktelaag zich horizontaal in dezelfde richting bewegen als het voortplantende golffront. 2. Vallende golf. 3. Trog, waarbij de watermassa’s van de oppervlaktelaag zich horizontaal in de tegenovergestelde richting van het golffront bewegen. 4. Stijgende golf.
Bronnen van windgolfopwekkingEdit
Dwarszee van ondiepwater deininggolven bij de vuurtoren van de Walvissen (Phare des Baleines), Île de Ré
Windgolven worden opgewekt door de wind. Andere soorten verstoringen, zoals seismische gebeurtenissen, kunnen ook zwaartekrachtgolven veroorzaken, maar dat zijn geen windgolven, en zij resulteren over het algemeen niet in deining. Het ontstaan van windgolven wordt geïnitieerd door de verstoringen van het zijwindveld aan het wateroppervlak.
Wanneer men echter een vlak wateroppervlak (schaal van Beaufort 0) en abrupte dwarswindstromingen op het wateroppervlak instelt, dan kan het ontstaan van oppervlaktewindgolven worden verklaard door twee mechanismen, die worden geïnitieerd door normale drukfluctuaties van turbulente winden en parallelle windscheringstromingen.
Opwekking van oppervlaktegolven door windenEdit
Het golfvormingsmechanisme
Van “windfluctuaties”: De vorming van windgolven wordt in gang gezet door een willekeurige verdeling van de normale druk die door de wind op het water wordt uitgeoefend. Volgens dit mechanisme, dat in 1957 door O.M. Phillips is voorgesteld, is het wateroppervlak aanvankelijk in rust, en wordt het ontstaan van de golf op gang gebracht door turbulente windstromingen en vervolgens door schommelingen van de wind, normale druk die op het wateroppervlak werkt. Door deze drukfluctuatie ontstaan normale en tangentiële spanningen die golfgedrag op het wateroppervlak opwekken.
De veronderstellingen van dit mechanisme zijn als volgt:
- Het water is oorspronkelijk in rust;
- Het water is inviscide;
- Het water is irrotatie;
- De normale druk op het wateroppervlak vanuit de turbulente wind is willekeurig verdeeld; en
- Correlaties tussen lucht- en waterbewegingen worden verwaarloosd.
De veronderstellingen van dit mechanisme zijn:
In het algemeen komen deze golfvormingsmechanismen samen voor aan het oceaanoppervlak, waardoor windgolven ontstaan die uiteindelijk uitgroeien tot volledig ontwikkelde golven. Als men uitgaat van een zeer vlak zeeoppervlak (Beaufortgetal, 0), en een plotselinge windstroom waait er gestaag overheen, dan zou het fysische golfvormingsproces er als volgt uitzien:
- Turbulente windstromen vormen willekeurige drukschommelingen aan het zeeoppervlak. Kleine golven met een golflengte van enkele centimeters worden door de drukschommelingen opgewekt (Phillips-mechanisme).
- De zijwind blijft inwerken op het aanvankelijk gefluctueerde zeeoppervlak. Dan worden de golven groter, en als zij dat doen, nemen de drukverschillen toe, en de resulterende shearinstabiliteit versnelt de golfgroei exponentieel (Miles-mechanisme).
- De interactie tussen de golven aan het oppervlak genereert langere golven (Hasselmann et al., 1973) en deze interactie draagt energie over van de kortere golven die door het Miles-mechanisme worden gegenereerd naar golven die een iets lagere frequentie hebben dan bij de piekgolfmagnitudes. Uiteindelijk wordt de golfsnelheid hoger dan die van de zijwind (Pierson & Moskowitz).
- (Opmerking: De meeste golfsnelheden berekend uit de golflengte gedeeld door de periode zijn evenredig met de vierkantswortel van de lengte. Met uitzondering van de kortste golflengte volgen de golven dus de diepwatertheorie die in het volgende gedeelte wordt beschreven. De 8,5 m lange golf moet zich ofwel in ondiep water bevinden, ofwel tussen diep en ondiep in.)