迷人的液体
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巨浪是怎么形成的?

水体的大小,对波浪的大小影响非常大。当风从一个小池塘刮过时,会产生一股阻力,使风速变慢,同时反向作用于水体,由此在水面形成凹陷。水的表面张力会抵抗这种变化,就像橡皮筋会抵抗形变一样。一旦这阵风停了下来,就像橡皮筋的张力得到释放,再加上重力作用,水面很快就会恢复成原来的样子。水位下降时,会形成向外辐射的波纹,每一个水分子都会取代下一个分子的位置,下一个分子又会取代再下一个,以此类推。本质上,水波是能量的脉冲。能量本是来自风,此刻却被“封印”在池塘的表面。它让池塘表面的水变得更皱,于是流经池塘表面的风所受的阻力也就更大。接下来,波纹互相叠加,被推得越来越高。波纹越高,将它们再次拽回的形变恢复力也就越大,池塘表面就越皱。但是,这些波纹的高度也是有限的,最终它们会撞到池塘的边缘,于是大部分能量被陆地吸收。不过,它们扩散的距离越长,达到的高度就越高,所以小池塘的波纹永远都不会很大,但在湖泊中,它们可以在风的作用下,从小波纹变成波浪。

波浪的最高点叫作波峰,最低点叫作波谷。它们之间的距离便是我们常说的波高。只要波的大小不及湖泊的深度,波浪就会毫无限制地一直扩散下去。不过,当波浪靠近岸边较浅的水域时,波谷就将与湖底发生相互作用,产生一种摩擦力,从而使波浪减速并迫使它分崩离析,任其拍打在岸上。

在数千千米宽的海面上,最初形成的波纹有足够的时间与空间成长为数米高的巨浪。从海面吹过的风,以每小时20千米的速度吹上两个小时,便可以形成30厘米高的海浪;若是以每小时50千米的速度吹一整天,就会形成4米高的海浪;如果是暴风,以每小时75千米的速度吹上三四天,就可以形成8米高的海浪。2007年,在中国台湾海域发生了一场台风,出现了有记载以来的最大浪,它有32米之高。

暴风期间形成的巨浪,在风暴减弱时并不会停止。就像池塘中的波纹一样,巨浪穿过整个海洋,波长就变得很重要了。波浪的波长是指相邻两个波峰之间的距离。在暴风发生的海域,因为所有波浪都相互堆叠在一起,所以波长也很难测定。暴风骤雨下的海面波涛汹涌,看起来就像是一个狂暴之水形成的移动沼泽。当暴风雨停歇后,波浪还是会继续前行,因为它们的波长不尽相同,扩散的速度也会有所差异。于是,当这些波浪穿越数百千米的海面时,它们便会基于相似的移动速度而被分为不同的小组。在同一组中,波浪平行前进。最终,每一组都将有序而规则地抵达海岸。所以,海滩上波浪粉碎的声音,其实是遥远海域上的暴风雨余音。这种美妙而又催眠的节奏,完全归功于海洋动力学的复杂性。

既然暴风引起的海浪可以在海洋中的任何地方产生,那么它们登陆时的方向通常都与海滩垂直,还是挺让人吃惊的。你肯定会想,它们应该以一定的角度登陆,这取决于海滩与海洋风暴发生地之间的连线。然而,事实并非如此,海浪太奇妙了。当波浪在深水区行进的时候,它的速度会保持恒定,因为几乎没有什么因素会让它减速。但是当它接近陆地的时候,海水变浅,波谷就开始和海床相互作用,使波浪的速度下降。与此同时,还没有接触浅水区的部分依然保持原有的速度。速度的差异,使波浪像爆了一只轮胎的车一样,改变了行进的方向。最终结果就是,随着波浪与陆地接近,它们会发生转向,最终与海床的轮廓平行,近似与海滩垂直,因此,大多数海浪都是从同一个方向靠近海岸的。