Плавание под парусом: ветер, волнение и течения

Причина этих изменений — уменьшение скорости волны из-за ограниченной глубины. Это хорошо видно при наблюдении за лодками, плывущими по очень мелкому месту. При движении любой лодки создаются корабельные волны, которые перемещаются со скоростью лодки. На очень мелкой воде скорость корабельной волны ограничена глубиной воды. Иногда корабельная волна становится крутой, тогда она опрокидывается, сильно препятствуя попыткам ускорить движение лодки.

Рефракция волн

Замедление волн при косом подходе к мелководью приводит к рефракции. Из-за рефракции направление фронта волн, независимо от первоначального угла подхода, разворачивается параллельно берегу. Почти всем хорошо известен вид обрушивающейся гряды волн, движущейся примерно параллельно береговой линии криволинейного залива. Возникает вопрос: «Почему волны не продолжают идти прямолинейным путем, как в открытом море?»

Рефракция вызывается замедлением движения фронта волн при приближении к мелководью. Когда фронт волн подходит под некоторым углом, то вначале тормозится ближайший к берегу участок фронта, а другой его конец в это время идет с прежней скоростью. Постепенно, с уменьшением глубины, внутренняя часть фронта начинает двигаться медленнее, чем внешняя, и наконец весь фронт волн в целом разворачивает к линии берега; это чем-то напоминает поворот шеренги войск, когда внутренний ее конец шагает на месте, а внешний марширует полным шагом.

Рис. 45. При выходе волн на мелководье замедление одного конца фронта раньше другого вызывает рефракцию

На рис. 45 показана рефракция волн, бегущих с глубокой воды на внезапно появившееся мелководье. Конечно, в природе между различными глубинами редко имеется четкая граница, но для наших целей этот пример наиболее удобен. Один конец волнового фронта замедляется раньше, чем другой, что, в свою очередь, приводит к уменьшению длины волны на этом участке, и в результате фронт волн частично поворачивает к береговой линии. Общее изменение фронта волн полностью зависит от относительных длин волн на глубокой и мелкой воде (см. также рис. 83 и 84).

На рис. 46 сделана попытка показать подход волн к заливу с постепенно изменяющимися глубинами. Гребни волн (показаны штриховыми линиями), приближаясь к пляжу, стремятся к положению, параллельному линии берега.

Рис. 46. Волны, набегающие на пляж в заливе Пунктир — гребни волн, сплошные линии — направление их движения

Волновые течения

Сплошные линии, начерченные на рис! 46 под прямым углом к гребням, показывают генеральное направление движения волн. Из рисунка видно, что эти линии немного сходятся около мысов и расходятся в середине залива. В месте схождения этих линий можно ожидать более крупные волны. Там, где линии расходятся, волны будут более низкие. Это явление совершенно не зависит от наличия волнозащитных сооружений и так же справедливо для залива, открытого волнению.

Рис. 47. Волновые течения, образующиеся в заливе, показанном на рис 46. Концентрация волн у мысов и расхождение в заливе вызывает неравномерное распределение воды и течения

Указанные изменения высот волн имеют большое значение для плавающих вдоль криволинейного берега, на который набегают большие волны. Волны переносят большие массы воды, и при их концентрации около препятствия (такого, как берег) скапливаются излишки воды. Эти излишки уносят течения, идущие от района с более высокими волнами к районам с более низкими волнами. На рис. 47 изображено направление этих течений в заливе, показанном на рис. 46. Обычно такие течения слабые и часто замаскированы более сильными приливными потоками, но при определенных условиях эти вдольбереговые течения могут быть достаточно значительными, особенно если волны длинные.

Во многих заливах для защиты от эрозии вдольбереговыми течениями имеются волноломы или низкие молы, расположенные под прямым углом к береговой линии. Об эффективности этих сооружений и о силе течений можно судить по количеству осадков, переносимых вдоль волноломов.

При переносе воды волнами, идущими к препятствию (берегу), средний уровень воды по сравнению с открытой частью залива повышается. Эта неестественная разница в уровне воды временами выравнивается с помощью разрывных течений, несущих воду в море Из-за изменчивости высот волн разрывные течения обычно пульсируют, их скорость может достигать двух узлов.