ارتفاع الموجة الكبير

📅 آخر تحديث: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة

في علم المحيطات الفيزيائي ، يُعرَّف ارتفاع الموجة الكبير ( SWH ، أو HTSGW [ 1 ] ، أو H s ) تقليديًا بأنه متوسط ​​ارتفاع الموجة ( من القاع إلى القمة ) لأعلى ثلث من الموجات ( H 1/3 ). ويُعرَّف عادةً بأنه أربعة أضعاف الانحراف المعياري لارتفاع سطح البحر، أو ما يعادله أربعة أضعاف الجذر التربيعي للعزم الصفري ( المساحة ) لطيف الموجة . [ 2 ] ويُستخدم الرمز H m0 عادةً لهذا التعريف الأخير. وبالتالي، قد يُشير ارتفاع الموجة الكبير (H s ) إلى H m0 أو H 1/3 ؛ والفرق في المقدار بين التعريفين لا يتجاوز بضعة بالمئة. يُستخدم ارتفاع الموجة الكبير (SWH) لوصف حالة البحر ، بما في ذلك الرياح والانتفاخ .

الأصل والتعريف

نتج التعريف الأصلي عن عمل عالم المحيطات والتر مونك خلال الحرب العالمية الثانية. [ 3 ] [ 4 ] كان الهدف من ارتفاع الموجة الكبير هو التعبير رياضياً عن الارتفاع الذي يقدره "مراقب مدرب". ويُستخدم عادةً كمقياس لارتفاع أمواج المحيط.

تعريف المجال الزمني

يتم تعريف ارتفاع الموجة الكبير H 1/3 ، أو H s أو H sig ، كما هو محدد في المجال الزمني ، مباشرة من السلسلة الزمنية لارتفاع السطح ، على أنه متوسط ​​ارتفاع ثلث الموجات N المقاسة ذات الارتفاعات الأكبر: [ 5 ]ح1/3=113شمال∑م=113شمالحم{\displaystyle H_{1/3}={\frac {1}{{\frac {1}{3}}\,N}}\,\sum _{m=1}^{{\frac {1}{3}}\,N}\,H_{m}}حيث يمثل H m ارتفاعات الأمواج الفردية، مرتبة تنازليًا حسب الارتفاع مع زيادة m من 1 إلى N. يتم استخدام الثلث الأعلى فقط، لأنه يتوافق بشكل أفضل مع الملاحظات البصرية للبحارة ذوي الخبرة، الذين يبدو أن رؤيتهم تركز على الأمواج الأعلى. [ 5 ]

تعريف مجال التردد

يُستخدم ارتفاع الموجة الكبير H m0 ، المُعرَّف في مجال التردد ، لكلٍّ من أطياف تباين الموجة المقاسة والمتوقعة . ويُعرَّف ببساطة بدلالة التباين m 0 أو الانحراف المعياري σ η لارتفاع السطح: [ 6 ]حم0=4م0=4ση،{\displaystyle H_{m_{0}}=4{\sqrt {m_{0}}}=4\sigma _{\eta },}حيث يُحسب العزم الصفري m₀ لطيف التباين بتكامل طيف التباين . وفي حالة القياس، يُعد الانحراف المعياري ση أسهل وأدق إحصائية يمكن استخدامها.

التوزيع الإحصائي لارتفاعات الموجات الفردية

التوزيع الإحصائي لارتفاعات أمواج المحيط

يُعدّ ارتفاع الموجة الكبير، الذي يُرمز إليه علميًا بـ H<sub> s</sub> أو H <sub>sig</sub> ، معيارًا هامًا للتوزيع الإحصائي لأمواج المحيط. تكون معظم الأمواج أقل ارتفاعًا من H<sub> s</sub> ، لذا لا تحدث الأمواج الكبيرة باستمرار. إضافةً إلى ذلك، هناك العديد من الأمواج التي تتجاوز ارتفاع الموجة الكبيرة.

بشكل عام، يمكن تقريب التوزيع الإحصائي لارتفاعات الموجات الفردية بشكل جيد بواسطة توزيع رايلي . [ 7 ] على سبيل المثال، إذا كان ارتفاع الموجة H s يساوي 10 أمتار (33 قدمًا) ، فإن التوزيع الإحصائي هو:

  • واحد من كل عشرة سيكون أكبر من 10.7 متر (35 قدم) 
  • واحد من كل 100 سيكون أكبر من 15.1 متر (50 قدم) 
  • واحد من كل 1000 سيكون أكبر من 18.6 متر (61 قدم) 

هذا يعني أنه قد يواجه المرء موجة يبلغ ارتفاعها ضعف الارتفاع الموجي الكبير تقريبًا. ومع ذلك، في ظل ظروف متغيرة بسرعة، قد يكون التباين بين الارتفاع الموجي الكبير وأكبر الموجات الفردية أكبر من ذلك.

إحصائيات أخرى

تُستخدم أيضاً مقاييس إحصائية أخرى لارتفاع الموجة على نطاق واسع. ويُعرَّف ارتفاع الموجة RMS بأنه الجذر التربيعي لمتوسط ​​مربعات جميع ارتفاعات الموجات، وهو يساوي تقريباً H s مقسوماً على 1.4. [ 2 ] [ 8 ]

على سبيل المثال، وفقًا للمعهد البحري الأيرلندي: [ 9 ]

... في منتصف ليل 9/12/2007 تم تسجيل ارتفاع موجة كبير قياسي بلغ 17.2 مترًا مع فترة 14 ثانية .

قياس

على الرغم من أن معظم أجهزة القياس تُقدّر ارتفاع الموجة الكبير من طيف الموجة ، فإن مقاييس الارتفاع الرادارية للأقمار الصناعية تتميز بقدرتها على قياس ارتفاع الموجة الكبير مباشرةً بفضل اختلاف زمن عودة قمم وقيعان الموجات ضمن المنطقة التي يُضيئها الرادار. وقد بلغ أقصى ارتفاع للموجة تم قياسه بواسطة قمر صناعي 20.1 مترًا (66 قدمًا) خلال عاصفة في شمال المحيط الأطلسي عام 2011. [ 10 ] 

توقعات الطقس

عرض متحرك لنموذج NOAA Wavewatch III لتوقعات ارتفاع الأمواج الكبير في المحيط الهادئ.

تُحدد المنظمة العالمية للأرصاد الجوية أن بعض الدول مسؤولة عن تقديم التنبؤات الجوية لمحيطات العالم. وتُسمى مكاتب الأرصاد الجوية في هذه الدول بالمراكز الإقليمية المتخصصة للأرصاد الجوية (RSMCs). وتقدم هذه المراكز في منتجاتها الجوية تنبؤات بارتفاع أمواج المحيطات بوحدة الارتفاع الموجي الكبير. في الولايات المتحدة، تُعد دائرة الأرصاد الجوية الوطنية التابعة للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) هي المركز الإقليمي المتخصص للأرصاد الجوية لجزء من شمال المحيط الأطلسي وجزء من شمال المحيط الهادئ. ويصدر هذه التنبؤات كل من مركز التنبؤ بالمحيطات وفرع التحليل والتنبؤ الاستوائي التابع لمركز التنبؤ الاستوائي .

تستخدم مراكز الأرصاد الجوية الإقليمية نماذج الرياح والأمواج كأدوات للمساعدة في التنبؤ بحالة البحر. وفي الولايات المتحدة، يُستخدم نموذج Wavewatch III التابع للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) على نطاق واسع.

تعميم على أنظمة الموجات

يُعرَّف ارتفاع الموجة الكبير أيضاً ، انطلاقاً من طيف الموجة ، للأنظمة المختلفة التي تُشكِّل البحر. وبالتالي، لدينا ارتفاع موجة كبير لبحر الرياح أو لموجة معينة.

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ "حول الأرض  :: خريطة عالمية للرياح والطقس وأحوال المحيطات" .
  2. 1 2 هولثويسن، ليو هـ. (2007). الأمواج في المياه المحيطية والساحلية . مطبعة جامعة كامبريدج. ص 70. ISBN  978-0-521-86028-4.
  3. ↑ ديني، إم دبليو (1988). علم الأحياء وميكانيكا الشواطئ التي تجتاحها الأمواج . برينستون، نيو جيرسي : مطبعة جامعة برينستون . ص 76. ISBN  0-691-08487-4.
  4. ↑ مونك، دبليو إتش (1944). إجراء موحد مقترح لرصد الأمواج وتفسير سجلات الأجهزة . لا جولا، كاليفورنيا: مشروع الأمواج في معهد سكريبس لعلوم المحيطات .
  5. 1 2 هولثويسن (2007 ، ص 24-28) 
  6. ↑ هولثويسن (2007 ، ص 70) 
  7. ↑ تيفون، عزيز (1980). "موجات البحر غير الخطية ذات النطاق الضيق". مجلة البحوث الجيوفيزيائية . 85 (C3): 1543-1552 . Bibcode : 1980JGR....85.1548T . doi : 10.1029/jc085ic03p01548 .
  8. ↑ دين، روبرت ج.؛ دالريمبل، روبرت أ. (1991). ميكانيكا أمواج الماء للمهندسين والعلماء . وورلد ساينتيفيك. ص 193. ISBN  978-981-02-0421-1.
  9. ↑ "تقرير عن قراءات عوامات الأرصاد الجوية خلال عاصفة ديسمبر - من 6 إلى 11 ديسمبر" . المعهد البحري الأيرلندي. مؤرشف من الأصل في 23 نوفمبر 2013. تم الاطلاع عليه في 7 فبراير 2013 .
  10. ↑ هانافين، جينيفر أ.؛ كويلفين، إيف؛ أردوين، فابريس؛ سينكيويتش، جوزيف؛ كويفولو، بيير؛ أوبريبسكي، ماتياس؛ شابون، برتراند؛ ريول، نيكولاس؛ كولارد، فابريس؛ كورمان، ديفيد؛ دي أزيفيدو، إدواردو ب.؛ فانديمارك، دوغ؛ ستوتزمان، إليونور (2012). "حالات بحرية استثنائية وموجات عالية ناتجة عن عاصفة في شمال المحيط الأطلسي في فبراير 2011: تحليل شامل" . نشرة الجمعية الأمريكية للأرصاد الجوية . 93 (12): 1825-1832 . Bibcode : 2012BAMS...93.1825H . doi : 10.1175/BAMS-D-11-00128.1 .