мини|300x300пкс|Океански бранови мини|300x300пкс|
Во хидродинамиката, ветерниот бран или бранот генериран од ветерот — бран на површината на водата што се јавува на слободната површина на водните тела. Ветерните бранови произлегуваат од ветрот што дува над течна површина, каде што растојанието за контакт во насока на ветрот е познат како „доведен бран“. Брановите во океаните можат да патуваат илјадници километри пред да стигнат до копното. Ветерните бранови на Земјата се со големина од мали бранови до бранови над височина, што е ограничено од брзината на ветерот, времетраењето, внесувањето и длабочината на водата.
Кога е директно генериран и под влијание на локалниот ветер, системот за бранови на ветер се нарекува морски ветер. Ветерните бранови ќе патуваат во голем круг откако ќе се генерираат – благо свиткување лево на јужната полутопка и малку десно на северната полутопка. Откако ќе се оддалечат од областа на привлекување, ветерните бранови се нарекуваат отоци и можат да патуваат илјадници километри. Забележителен пример за ова се брановите генерирани јужно од Тасманија за време на силни ветрови кои ќе патуваат низ Тихиот Океан до јужна Калифорнија, создавајќи пожелни услови за сурфање. Отокот се состои од бранови генерирани од ветер, кои не се значително под влијание на локалниот ветер во тоа време. Тие се генерирани на друго место, а понекогаш и претходно.Holthuijsen (2007), page 5. Ветерните бранови во океанот се нарекуваат и површински бранови на океанот и главно се гравитациски бранови.
Ветерните бранови имаат одредена количина на случајност: последователните бранови се разликуваат по висина, времетраење и облик со ограничена предвидливост. Тие може да се опишат како стохастички процес, во комбинација со физиката што управува со нивното генерирање, раст, ширење и распаѓање – како и регулирање на меѓузависноста помеѓу количините на проток како што се: движењата на површината на водата, брзините на проток и притисокот на водата. Клучните статистички податоци за ветерните бранови во морски состојби во развој може да се предвидат со модели на ветерни бранови.
Иако брановите обично се сметаат во водените мориња на Земјата, јаглеводородните мориња на Титан исто така може да имаат бранови управувани од ветер.
Формирање мини|Аспекти на воден бран мини|Формирање мини|Движење на водени честички на длабок воден бран мини| Бродот на NOAA, Делавер II Поголемиот дел од големите прекинувачи видени на плажа се резултат на далечни ветрови. Пет фактори влијаат на формирањето на струјните структури во ветерните бранови:
Брзина или сила на ветерот во однос на брзината на бранот – ветерот мора да се движи побрзо од брановиот врв за пренос на енергија Непрекинато растојание на отворена вода над која дува ветрот без значителна промена во насоката (наречена фаќање) Широчина на областа зафатена со прикачување (под прав агол во однос на растојанието) Времетраење на ветерот – времето за кое ветрот дувал над водата. Длабочина на вода
Сите овие фактори работат заедно за да ја одредат големината на водните бранови и структурата на протокот во нив.
Главните димензии поврзани со ширењето на бранот се:
Висина на бранот (вертикално растојание од коритото до врвот) Должина на бранот (растојание од гребен до гребен во насока на ширење) Период на бранови (временски интервал помеѓу пристигнувањето на последователни врвови во стационарна точка) Насока или азимут на брановите (претежно управувани од насоката на ветерот)
Целосно развиеното море има максимална големина на бранови теоретски можна за ветар со специфична јачина, времетраење и моќност. Понатамошната изложеност на тој специфичен ветер може да предизвика само дисипација на енергија поради кршење на брановите врвови и формирање на „бели капи“. Брановите во дадена област обично имаат опсег на висини. За известување за времето и за научна анализа на статистиката на ветерните бранови, нивната карактеристична висина во одреден временски период обично се изразува како значајна висина на бранот. Оваа бројка претставува просечна висина на највисоката една третина од брановите во даден временски период (обично избрана некаде во опсег од 20 минути до дванаесет часа), или во одреден бран или бура. Значајната висина на бранот е, исто така, вредноста што би ја проценил „обучен набљудувач“ (на пр. од екипажот на бродот) од визуелното набљудување на морска состојба. Со оглед на варијабилноста на висината на бранот, најголемите поединечни бранови веројатно ќе бидат нешто помалку од двапати од пријавениот значителен бран за одреден ден или бура.
Формирањето бранови на првично рамна водена површина од ветрот започнува со случајна распределба на нормалниот притисок на турбулентниот ветер над водата. Оваа флуктуација на притисокот произведува нормални и тангенцијални напрегања во површинската вода, што генерира бранови. Се претпоставува дека:
Водата првично мирува. Водата не е вискозна. Водата е иротациона. Постои случајна распределба на нормалниот притисок на површината на водата од турбулентниот ветер. Корелациите помеѓу движењата на воздухот и водата се занемарени.
Вториот механизам вклучува сили на смолкнување на ветрот на површината на водата. Џон В. Мајлс предложил механизам за генерирање на површински бранови што се иницира со турбулентни текови на ветерот врз основа на равенката Ор-Зомерфелд во 1957 година. Тој открил дека преносот на енергија од ветрот до површината на водата е пропорционален на искривувањето на профилот на брзината на ветрот во точката каде што просечната брзина на ветерот е еднаква на брзината на бранот. Бидејќи профилот на брзината на ветерот е логаритамски на површината на водата, кривината има негативен знак во оваа точка. Оваа врска го покажува протокот на ветерот кој ја пренесува својата кинетичка енергија на површината на водата на нивниот меѓусебен простор.
Претпоставки:
дводимензионален паралелен тек на смолкнување некомпресибилна, невидлива вода и ветер иротациона вода наклонот на поместувањето на површината на водата е мал
Општо земено, овие механизми за формирање бранови се случуваат заедно на површината на водата и на крајот произведуваат целосно развиени бранови.
На пример, ако претпоставиме рамна морска површина, и ненадеен проток на ветер стабилно дува низ површината на морето, процесот на генерирање физички бранови ја следи низата:
Турбулентниот ветер формира случајни флуктуации на притисокот на површината на морето. Брановите со бранови должини од редот на неколку сантиметри се генерираат од флуктуациите на притисокот. (Филипсов механизам ) Ветровите продолжуваат да дејствуваат на првично брануваната површина на морето, предизвикувајќи брановите да станат поголеми. Како што растат брановите, разликите во притисокот стануваат се поголеми што предизвикува зголемување на стапката на раст. Конечно, нестабилноста на смолкнување го забрзува растот на бранот експоненцијално. (Механизам на Мајлс ) Интеракциите помеѓу брановите на површината генерираат подолги бранови и интеракцијата ќе ја пренесе брановата енергија од пократките бранови генерирани од Мајлсовиот механизам до брановите кои имаат малку пониски честоти од честотата на магнитудите на врвните бранови, а потоа конечно брановите ќе бидат побрзи од брзината на страничниот ветер .
Услови неопходни за целосно развиено море при дадени брзини на ветерот и параметрите на добиените бранови Услови на ветер Големина на бранот Брзина на ветерот во еден правец Донеси Времетраење на ветерот Просечна висина Просечна бранова должина Просечен период и брзина19 км на час19 километри 2 ч0,27 метри8,5 метри 3,0 сек., 10,2 km/h37 км на час139 километри 10 ч1,5 метри 33,8 метри 5,7 сек., 21,4 km/h 56 км на час518 километри 23 ч4,1 метри76,5 метри 8,6 сек., 32,0 km/h 74 км на час1,313 километри 42 ч8,5 метри136 метри 11,4 сек., 42,9 km/h 92 км на час2,627 километри 69 ч14,8 метри212,2 метри 14,3 сек., 53,4 km/h ЗАБЕЛЕШКА: Повеќето од брзините на брановите пресметани од должината на бранот поделено со периодот се пропорционални на квадратниот корен од должината на бранот. Така, освен за најкратката бранова должина, брановите ја следат теоријата за длабока вода. 28-те ft долг бран мора да биде или во плитка вода или средна длабочина.
Видови мини| Со текот на времето се развиваат три различни типа на ветерни бранови:
Капиларни бранови, или бранови каде доминираат ефекти на површинскиот напон. Гравитациски бранови, доминирани од гравитациски и инерцијални сили. Мориња, локално подигнати од ветрот. Отоци, кои отпатувале подалеку од местото каде што биле подигнати од ветрот и во поголема или помала мера се распрснале.
Брановите се појавуваат на мазна вода кога дува ветер, но брзо ќе ги снема доколку ветрот престане. Силата за враќање што им овозможува да се шират е површинскиот напон. Морските бранови се поголеми, често неправилни движења кои се формираат при постојани ветрови. Овие бранови имаат тенденција да траат многу подолго, дури и откако ветерот ќе го снема, а силата на враќање што им овозможува да се шират е гравитацијата. Како што брановите се шират подалеку од нивната област на потекло, тие природно се делат во групи со заедничка насока и бранова должина. Збирките на бранови формирани на овој начин се познати како отоци. Тихиот Океан е оддалечен 19.800 километри од Индонезија до брегот на Колумбија и, врз основа на просечна бранова должина од 76,5 метри, би имал ~ 258.824 отоци над таа ширина.
Може да се појават поединечни „чудни бранови“ или бранови-убијци“ или „кралски бранови“, многу повисоки од другите бранови во морската состојба. Во случајот со Драупнеровиот бран, неговата висина од 25 метри била 2.2 пати поголема од значајната висина на бранот. Ваквите бранови се разликуваат од плимата и осеката, предизвикани од гравитациското влечење на Месечината и Сонцето, цунами предизвикани од подводни земјотреси или лизгање на земјиштето, и бранови создадени од подводни експлозии или паѓање на метеорити — сите имаат далеку поголема бранова должина од брановите на ветерот.
Најголемите ветровити некогаш забележани не се непријателски бранови, туку стандардни бранови во екстремни морски држави. На пример, високи бранови од 29,1 метри се забележани од страна RRS Discovery со 18,5 метри значителна висина на бранот, така што највисокиот бран бил само 1,6 пати поголем од значајната висина на бранот.
Спектар мини| Класификација на спектарот на океанските бранови според брановиот период Океанските бранови може да се класифицираат врз основа на: вознемирувачката сила што ги создава; степенот до кој вознемирувачката сила продолжува да влијае на нив по формирањето; степенот до кој силата на враќање ги ослабува или израмнува; и нивната бранова должина или период. Сеизмичките морски бранови имаат период од околу 20 минути, а брзини од 760 километри на час. Ветерните бранови (брановите во длабока вода) имаат период од околу 20 секунди. +Тип на бранови Типична бранова должина Вознемирувачка сила Враќање на силата Капиларен бран < 2 см Ветер Површински напон Ветровит бран 60-150 метри Ветер над океанот Гравитација Сејше Голем, променлив; функција на големината на сливот Промена на атмосферскиот притисок, наплив на бури Гравитација Сеизмички морски бран (цунами) 200 километри Расед на морското дно, вулканска ерупција, лизгање на земјиштето Гравитација плима Половина од обемот на Земјата Гравитациска привлечност, ротација на Земјата Гравитација