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海嘯來臨之前,所有船都向海嘯開去,這是為什麽?

2016-02-02知識

船其實並不是向海嘯開過去,而是向深水區開過去。 前段時間答了一個相關問題,被吐槽特別水。於是今天這個答案我決定從頭說起。:p本科期間上過相關的課,把課件翻出來用咯~link在最後喵。

海浪和海嘯一樣,都是波。

大家見過停在水面的卡玫基吧。

它們在隨著浪上下擺動,但卻不會在水平方向上有明顯的位移。(如果能夠隨著波浪向前,那海鳥還為什麽要遷徙呢呢?躺在海上曬太陽就到對岸了_(:3 」∠)_ )

這就是因為海浪的波內容。波能夠傳遞能量,但並不能傳遞物質。

如果我們觀測海面的每個水分子的運動軌跡,會發現是醬紫的:

靠近水面的水分子畫大圈圈,而離水面比較遠的水分子畫小圈圈。如果離水遠到一定程度,水分子的運動可以被忽略不計。確切地說,離水面超過1/2 波長的深處,就是風平浪靜的了,這就是為什麽在我們看discovery拍攝海底生物的時候,感覺不到波濤洶湧,一只皮皮蝦掀起的塵土都能夠靜靜落地。

能被帶起來浪的水體有個名字叫做wave base(浪基)。海底深於1/2波長的情況下,海浪又叫做深水波(deep water wave)

深水波的傳播速度就是一般機械波的傳播速度:

速度等於波長除以周期:


V=L/T

但有的時候,水非常淺,不但不能夠提供浪基面需要的1/2波長深度,甚至遠遠小於1/20波長,這個時候會發生什麽情況呢?

沒那麽多活動空間了,水分子在淺水裏以扁圓的橢圓軌域運動。這個時候浪的名字叫做淺水波(shallow water wave)


淺水波的傳播速度可就與自己本身的周期和波長無關了:只與水深的平方根成正比。
水越淺,浪的速度越小:

V=3.1d^0.5


這些又有什麽用呢?

試想我們是海上的一朵浪打浪(餵),在深海區域觸不到海底,當然就是深水波,以速度L/T的速度向岸邊愉快奔去。但越靠近海岸,水變淺了,海的深度甚至不足夠1/20的波長了,這時候我們成為了淺水波,速度就變成了V=3.1d^0.5,等快上岸的時候,水越來越淺,速度越來越小:

學過高中物理的泥萌肯定知道,波的頻率和周期只與震源有關,所以由深水波變成淺水波的這一過程裏,海浪的周期和頻率不變。
由周期=波長/速度 這個公式可以知道,速度變小了,要使周期不變,那波長肯定也要變小。浪上岸這個過程就叫做shoaling

速度波長都變小了,機械波本來攜帶的能量是幾乎守恒的呀。該如何轉化它無處釋放的青春能量呢?

嗯解決方法就是——振幅變大了。也就是說,隨著靠近海灘,浪花變高變大了。
但我們知道很多東西是需要一個穩定的狀態的,浪的波長變小,振幅變高,那意味著它變」陡「了,不像原來一樣穩定了。陡峭到一定程度就會觸及它的breaking point,浪不再是平緩的波狀,它break了(破了?),成為了我們非常熟悉的白色的浪花。

好噠,無害又能幫助我們鍛煉身體的海浪就說到這裏。
我們再來說說海嘯。

它通常是由大體量的水體垂直移動造成(斷層垂直移動的地震,滑坡,小行星掉水裏),而普通的浪則是由海風吹出來的。雖然它們都是水體傳播的波,但波的性質區別還是大大的。

海嘯的波長遠遠大於海浪。


同時,它的振幅(浪高)又比海浪小,所以在深水區,船舶是幾乎無法感知的,所以災難片裏,船為了躲避海嘯會向深水開去,在那裡海嘯就會溫柔很多(前提是沒有在開的半道上被掀了 ⊙▂⊙ )

雖然振幅小,但海嘯如此恐怖的波長和速度,對陸地帶來的水體變化則是巨大的。這也是為什麽等到海嘯上岸,災難就來了。一般的海浪上岸,由深水波變成淺水波,shoaling過程中,break了最多翻出一點浪花,但海嘯進行這一轉化,由於原本速度巨大,能量釋放也十分恐怖,break的時候會翻起幾十米的水墻。

而海嘯的速度大還有個壞處。本來發現海嘯到海嘯上岸,是有一個時間差的,速度快則大大縮減了這個時間差,加之在深海區本來浪高不過一米,探知就困難……

@王諾諾 公眾號misswangnuonuo

咦?圖掛了?
resource:
為什麽地震海嘯對有些地方威脅大?
NOAA Tsunami Website
https://www. eoas.ubc.ca/courses/eos c114/eosc114summ/12WavesIPost.pdf