波は、海洋、海、湖の表面の振動運動です。波は風によって発生し、最大振幅は数センチメートルから 34 メートル (112 フィート) までの範囲であり、これまで観測された中で最も高い波です(Bascom 1959)。海上で遭遇する波は不規則です。一連の高い波 (グループ) の後に小さな波が続きます。平均よりもはるかに高い「不正波」が観測されることは比較的まれですが、不意の要素により船舶に重大な損傷を引き起こす可能性があります。ただし、これらの不正な波は、その希少性のために観測された最高のものではありません。実際、非常に大きな嵐による平均的な波は、平均的な海洋状態による荒波よりも高くなります。もちろん、考えられる最も高い波は、巨大な嵐の中の荒波であると考えることもできますが、これに関する観測はありません。強い地震、火山の噴火、隕石の落下も津波や高潮と呼ばれる波を引き起こしますが、これらは潮汐とは関係ありません。潮汐は、高波が同じ速度の逆流と出会うときに発生する潮汐孔の起源です。
波のさまざまな表現
波は重力波です。
エアリーの理論では、波は正弦波の自由表面を持つ周期的な波として説明されます。これは現実を非常に単純化したものであり、原理的にはキャンバーの低い波に当てはまります。キャンバーは、高さと波長の比として定義されます。それでも、この理論は、関連する特性を以下で説明するはるかに複雑な自然現象と関連付ける方法を知っていれば、多くの実際的な問題を解決するのに効果的です。
海上の波をよく観察すると、そのほとんどが正弦波ではないことがわかります。波頭はより尖っていて、谷はより平らになっています。この側面は、一次エアリー近似を一般にストークスに起因すると考えられる高次の周期近似に置き換えることによって考慮されます。
波の連続を観察すると、それらが規則性を示さないことがわかります。2 つの波は決して同じではありません。したがって、私たちは無限の小さな波の合計として海洋状態を表すスペクトル記述を与えることになります。以前と同様に、規則的な波を使用して自然現象を近似的にシミュレートしたい場合は、通常、その有義高さ、見かけの高さの上位 3 分の 1 の平均 (山から谷まで)、およびそれに近い周期によって特徴付けます。より多くのエネルギーが含まれています。エアリー波の単純な合計に基づくこの説明は、ストークスによって導入された非線形性、つまり我々が非常に一般的に満足している不完全性を考慮していません。
この最後のモデルは、風発生ゾーンから遠く離れて観察されるうねりに適していますが、風の海に合わせて修正する必要があります。これにより、波長だけでなく方向も異なる波が重なり合い、海は乱れた外観（波頭の短い波）が生じます。これ以上良いものが無いので、ここでも重ね合わせは線形理論に従うと仮定します。
波動伝播（エアリーモデル）
Airy によって確立された単純なモデルにより、波のいくつかの特性を取得することができます。
分散関係
波動は非回転であると考えられるため、ポテンシャルに由来します。水は実質的に非圧縮性であるため、このポテンシャルはラプラス方程式を満たします。低振幅の周期解は分散関係に従う
と
この関係を確立するために最初の方程式を徹底的に単純化したため、この関係は水深に比べて振幅が低く、キャンバーk a ( aは波の振幅 ) の低い波に対してのみ有効です。この最後の基準は、あまり「急」ではない波に対応します。
それでも、この関係からいくつかの興味深い特性を引き出すことができます。特に、かなりの深さでは、双曲線正接が 1 に向かう傾向があるため、波の速度は深さに依存しなくなりました。より定性的な方法で、波の挙動を理解することができます。海岸に近づく波。深さが減少しても、脈動 (または周期) は一定のままです。上記の式は波数の増加をもたらし、したがって波長と速度の減少につながります。グループ速度
無限の深さの場合に限定して単純化するには、次のようにします。
- セレリティ (伝播速度または位相速度) (m/s): $$ {C= 1.25\sqrt{L}} $$
- 期間 (2 つのピークの間の時間): $$ {T= 0.8\sqrt{L}} $$
- 波長：
反射、回折、屈折
すべての波、特に光波と同様に、波は反射、回折、屈折することがあります。
反射は、深さに関してかなりの浸漬高さがあり、波長に関して幅が大きい構造で発生します。垂直堤防では全体、堤防では部分的です。強い反射は、波長の半分の間隔で並んだ一連の隆起を示す水中の特徴の上でも発生する可能性があります (Heathershaw 1982)。
この現象は、船や桟橋の端など、波長に対して比較的小さな寸法の障害物の近くではさらに複雑になります。幾何光学の概念である反射は、波が障害物を回り込み、影の中で動揺を引き起こすため、もはや適用できません。次に、回折の概念に訴えなければなりません。
深さとともにcが減少すると、光学で観察される現象とまったく同様の屈折現象も引き起こされます。波面が等屈折率線に従うのと同じように、波は等しい速度の線 (つまり、等深線または等しい深さの線) の形状に従い、したがって海岸線に従う傾向があります。したがって、波は高さの高いポイントの周りに集中し、湾に向かって広がります。電流は位相速度と分散の関係も変化させます。したがって、それらは屈折も誘発します。
流体の動き
エアリーの理論では、流体粒子は固定楕円を描き、そのサイズは深さとともに減少します。深い水（波長の半分より深い深さ）では、これらの楕円は円になります。
高次の理論は、流体の全体的な弱い動き、つまりストークスドリフトを予測します。自由表面付近では、水粒子の速度は、頂点の下での方が、次の谷を通過するときの逆の速度よりも大きくなります。これにより、波の伝播方向にドリフトが発生し、深さで逆転する可能性があります。風によって生成される波の場合、このドリフトは、完全に発達した深海の海洋状態の風速の約 1.2% です。
有効性と制限事項
エアリーの理論は、波が沖合に伝播し、ほとんど風の影響を受けない場合に特によく検証されます。サージの時点では、この近似はあまり効果的ではないため、非線形理論に戻らなければなりません。また、風の作用による波の形成も考慮されていません。