海浪預報

根據影響海浪的生成、發展和消衰的外界條件，結合海區內的初始海浪狀態，對海區未來的海浪狀態作出計算和預報。海浪狀態的預報，是指預報海浪要素，即預報在統計意義上的特徵波高、周期、波向等，有時也要預報作為海浪內部結構的譜（見海浪譜）。要預報海浪，必須知道下面 3個因素：①氣象條件。從進行預報的時刻到被預報的未來時刻的間隔內，海面上的風速和風向在有關海區內的空間分佈和時間變化。②海區的地理環境。主要包括水平方向上的陸界分佈和鉛直方向上的深度分佈。這些可根據海圖而求得。③海區內海浪在預報時刻的初始分佈。一般，這些初始分佈是根據現場觀測或先前作出的預報結果而得到的。

海浪預報為海上的船舶運輸、漁業生產、海上石油開發和軍事活動等提供環境資料，保障海上活動的安全。

發展和現狀

古代從事海上活動的人，早已積累了估計未來海浪狀態的經驗。但是真正對海浪預報進行系統的研究，卻始於第二次世界大戰期間。當時由於軍事上的需要，美國空軍氣象局海洋部委託斯克里普斯海洋研究所的科學家H.U.斯韋爾德魯普和W.H.蒙克探索海浪預報的方法。經過研究，他們得到了根據風要素預報海浪要素的半經驗半理論的方法，被同盟國應用於歐亞等戰區。以後，由於航運、海上生產活動和軍事活動的需要，海浪預報的研究得到了迅速的發展。至60年代初期，各海洋國家的科學工作者提出的預報方法，已達數十種之多。以後，隨著電子計算機的廣泛使用，進一步促進了海浪預報的發展，產生了海浪的數值預報方法，使得在預報時可以考慮到更複雜、更符合實際的風場條件和初始海浪狀態，而不必像早期的預報那樣對風場條件和初始條件作出過多的簡化。60年代初期，中國文聖常教授提出“普遍風浪譜”理論，在此理論基礎上，中國的有關單位共同合作，提出了海浪預報圖解。

預報方法大致可分成兩類：①把實際出現的複雜海浪，按統計觀點抽象成一種簡單的特徵波，並在風要素和這種特徵波的波要素之間建立直接的函數關係，根據這種關係，由風要素可求得波要素的數值。斯韋爾德魯普和蒙克提出的方法即屬於這種類型，他們以“有效波”作為特徵波，利用能量平衡方程和無量綱量波陡（波高和波長之比）與波令（波速和風速之比）的經驗關係求得了預報圖解。式中x為距離，c為波速,t為時間，E是單位面積水柱內的能量,RA、RB為單位表面積水柱內獲得的能量和消耗的能量。②在另一種類型中，把實際出現的海浪看作是由振幅不等、頻率不等、波向不同且具有隨機初相位的正弦波疊加而成。在這種意義上，海浪狀態可用海浪譜來描述。預報時，通過風要素可計算出未來時刻的海浪譜，進而求得各種統計意義上的波要素值。W.J.皮爾孫、G.諾伊曼和R.W.詹姆斯提出的預報方法，即屬於這種類型。

20世紀50年代後期，出現了海浪的數值預報方法。此方法可大致分為兩類：①對組成波分量建立能量平衡方程，方程中包括能量的局部變化、對流變化、地形引起的變化、反映能量輸入和消耗的源函數。這一類方法的主要困難在於源函數項難以精確地確定。②將海浪譜參量化，建立參量方程，從而避免對每一組成波進行計算，而直接用數值法求解譜中的參量，進而得到海浪要素。

已提出的海浪預報方法，雖能初步滿足實際工作的需要，但仍需進一步改進和發展。當前主要存在三方面的困難：①海浪是一種極其複雜的現象，它的生成、發展和消衰的規律，仍是探索研究的課題。顯然，海浪預報方法的改進，在很大程度上依賴於對這些規律的了解。②海浪預報時需要預先知道海面上的風速、風向的空間分佈和變化，所以海浪預報的精度和風速、風向預報的精度密切相關。因此如何提高海上風場預報的精度，是改進海浪預報的另一個重要課題。這說明海浪預報技術的改進，依賴於天氣預報技術的發展。③缺乏完善的監測系統。海浪監測可提供海浪預報時所需的初始浪場資料，可以檢驗預報結果的準確性。更重要的是海浪監測有助於我們對海浪現象和規律的了解，有助於不斷改進預報方法。但是，監測系統尚不完善，有賴於各海洋國家的努力和國際合作。