Загальні відомості про вітер і хвилювання

Вітер виникає через нерівномірність розподілу тиску в атмосфері. Дія вітру нерівномірно в просторі і в часі, так як його швидкість і напрямок завжди коливаються. Повітряний потік складається з окремих вихорів, безладно переміщаються в просторі. Тому швидкість вітру, яка вимірюється в будь-якій точці, безперервно змінюється в часі. Найбільші коливання швидкості вітру спостерігаються в приводному шарі. Коливання швидкості вітру характеризуються коефіцієнтом поривчастої, під яким розуміється відношення максимальної швидкості поривів вітру до його середньої швидкості, отриманої за 5-10 хв. Із зростанням середньої швидкості вітру коефіцієнт поривчастої зменшується. При великих швидкостях вітру коефіцієнт поривчастої дорівнює приблизно 1,2-1,4.

Штормові вітри досягають іноді швидкості 29 м / с. Середні швидкості вітру зростають з висотою. Найбільш різке зростання відбувається в приводному шарі. Для того щоб мати можливість зіставляти швидкості вітру, за стандартну висоту була прийнята висота 10 м над рівнем моря. Швидкість вітру висловлюють в метрах в секунду, силу вітру - в балах. Співвідношення між ними визначено шкалою Бофорта, яка неодноразово змінювалася.
Штормові вітри виникають переважно в областях з низьким атмосферним тиском. Особливо великої сили досягають тропічні циклони, при яких швидкість вітру нерідко перевищує 60 м / с. Сильні шторми спостерігаються і в помірних широтах.
Вітер викликає хвилювання моря. Розрізняють такі основні елементи і характеристики хвиль.

Хвильовий профіль-лінія перетину схвильованої поверхні моря вертикальною площиною в напрямку поширення хвилі. Лінія, яка перетинає хвильової профіль так, що сумарні площі вище і нижче неї однакові, називається середнім хвильовим рівнем профілю.
Гребінь хвилі - частина хвилі, розташована вище середнього хвильового рівня.
Улоговина хвилі- частина, розташована нижче середнього рівня.
Вершина хвилі - найвища точка гребеня.
Підошва хвилі- нижча точка улоговини.
Фронт хвилі- лінія, що проходить уздовж її гребеня.
Довжина гребеня хвилі- протяжність гребеня по фронту.
Висота хвилі - відстань по вертикалі від її вершини до підошви суміжній хвилі на хвильовому профілі.
Довжина хвилі λ - відстань по горизонталі між вершинами суміжних гребенів.
Крутизна хвилі- відношення висоти хвилі до її довжині.
Період хвилі τ - проміжок часу між проходженням через одну і ту ж точку простору двох послідовних гребенів (або підошов) хвилі.
Швидкість хвилі з - відстань то горизонталі, яку проходить будь-якою точкою хвилі в одиницю часу.
Вік хвилі - відношення швидкості хвилі до швидкості вітру.

Залежно від стадії розвитку хвилювання буває розвивається, усталене і загасаюче. Хвилі класифікують за різними ознаками. Розрізняють хвилі брижах, вітрові та змішані. Вітрові хвилі, що вийшли з району сильного вітру в район маловітряно, а також вітрові хвилі після припинення сильного
вітру перетворюються в хвилі брижах. Останні відрізняються від вітрових хвиль більш правильною формою. При вітровому хвилюванні середня швидкість хвиль менше середньої швидкості вітру, при брижах - навпаки.
Змішані хвилі виникають тоді, коли з однієї штормовий області брижі приходить в іншу, де утворився інший вид хвилювання. У цьому випадку обидві хвильові системи накладаються одна на іншу.
Залежно від форми хвиль розрізняють двомірне і тривимірне хвилювання. За характером хвилювання буває регулярним і нерегулярним.
Хвилювання в кожному районі залежить від багатьох чинників: від сили вітру та його тривалості, віддаленості від берегів, глибини моря, характеру хвилювання в сусідніх районах моря. У північній частині Атлантичного океану відзначалися хвилі висотою 15 м. Найбільш високі (21 м) хвилі спостерігалися в північній частині Тихого океану,
найбільш довгі (до 340 м) -в південній частині Індійського океану.

Керованість судна на хвилюванні залежить не тільки від розмірів хвиль, але і від їх крутизни. Найбільш сприятливі для судна пологі (з малої крутизною) хвилі. Найбільша крутизна хвиль в середньому дорівнює 0,06-0,07 і рідко досягає значення 0,1. Морські хвилі володіють величезною енергією, яка зростає пропорційно довжині і квадрату висоти хвилі.
Зі збільшенням швидкості вітру, а також тривалості дії вітру постійного напряму розміри хвиль зростають. Але це зростання триває не безкінечне. Навіть при вітрі силою 12 балів хвилі досягають граничних розмірів приблизно через дві доби. Найбільших розмірів хвилі можуть досягти тільки в тому випадку, якщо розміри водного басейну досить великі. У разі зміни напрямку вітру більш ніж на 45 ° виникає нова система
хвиль, яка накладається на колишню хвильову систему.
На мілководді хвилювання має характерні особливості. Тут хвилі швидше досягають максимальних розмірів і швидше загасають після припинення вітру. Так, на мілководній Азовському морі при швидкості вітру 20 м / с хвилі досягають максимальних розмірів приблизно протягом години. Навіть при дуже сильних вітрах розміри хвиль на мілководді менше, ніж в глибоководних районах, але зате вони відрізняються значною крутизною. Максимальна висота хвилі на мілководді не може бути більше 0,8 глибини моря. Швидкість і довжина хвиль на мілководді зменшуються, а період залишається постійним.
Глибина моря починає істотно впливати на висоту хвиль в тих випадках, коли вона менше 6-7 значень середньої висоти хвиль. Таким чином, мілководні райони моря не мають постійних морських кордонів.
У прибережній мілководній зоні спостерігається зміна напрямку руху хвиль. Різноманітні місцеві умови можуть суттєво впливати на характер хвилювання в мілководних районах. Так, наприклад, на Ньюфаундлендської банку, де глибина становить близько 160 м при глибинах в прилеглих районах Атлантичного океану до 2000 м, відзначається різка зміна характеру хвилювання і штовханина.
Особливості хвилювання в різних районах відзначаються в лоціях.
Ці особливості судноводіїв слід враховувати і при прокладці курсів уникати проходження мілководних районів в штормових умовах.