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海面上的奔馳者:湧浪

「湧浪」是一種長週期、長波長的波浪,通常在海表的風暴下形成,移動快速,到達岸邊時會激起巨浪。颱風常常是湧浪的原動力,颱風即使沒有經過,激發的湧浪也會千里迢迢的到來。
 
 
夏日傍晚時分,朋友相邀海邊欣賞落日,夕陽照射在海面上,波光粼粼,煞是美麗,令人感覺心曠神怡。換個場景,同樣豔陽高照的日子裡,外海遠處的颱風來勢洶洶,推動著巨大體積的海水,在海岸邊掀起滔天巨浪,令人心生畏懼。

海洋波浪就像大海的脈搏,人們心情好的時候,心平氣和,脈相穩定,就如同風平浪靜的大海,此刻的浪是溫柔美麗的浪;但當人們生氣時,怒髮衝冠,血脈噴張,就如同充滿著滔天巨浪的大海,此刻是波濤洶湧,任誰都不敢接近。

海洋佔據地球百分之七十的面積,自海洋生成之日起,波浪即存在,千百萬年來波浪的運動不曾停止過,地球上的人們大都居住在海岸邊,在台灣,不論居住於何處,幾乎都可以在兩個小時內到達海邊,各式各樣的活動常需要與海洋接觸,站立在海邊,望向大海,映入眼簾的就是海表面的波浪。
 
如何描述波浪?

海洋中的波浪由風吹產生,因此我們一般稱為「風浪(Wind wave)」;海上並非到處有風,沒有風吹的海域亦未平靜如湖,仍有波動存在,這些波動事實上是由他處產生所傳來,這種離開了吹風範圍的波浪,我們稱之為「湧浪」(Swell),俗稱「長浪」。
 
對於波浪的描述常用波高(wave height)表示浪的高度,用週期(period)表示兩個浪之間經過的時間,用波長(wave length)描述兩個浪之間的距離,而波高和波長的比值定義為尖銳度(steepness),尖銳度和波浪是否破碎有關,波浪到達岸邊尖銳度變大,破碎成浪花。
 
波浪的性質:波長(藍色箭頭)和波高(綠色箭頭),而A和B位置為波峰(crest),兩者之間為波谷(trough),波的週期(period)和頻率(frequency)則描述了波行進的速度。(圖/NOAA,http://oceanservice.noaa.gov/education/kits/currents/media/supp_cur03a.html)
▲波浪的性質:波長(藍色箭頭)和波高(綠色箭頭),而A和B位置為波峰(crest),兩者之間為波谷(trough),波的週期(period)和頻率(frequency)則描述了波行進的速度。(圖/NOAA,http://oceanservice.noaa.gov/education/kits/currents/media/supp_cur03a.html)
 
全速前進的湧浪!比颱風更快

湧浪相對於風浪而言,具有周期長、波長大、波浪尖銳度小等特點,由於波浪傳播速度和周期有關,周期較長的湧浪,其傳播速度較快,且由於湧浪的尖銳度較小,它不容易破碎,因此消散較慢,讓湧浪可以長距離傳播。

根據線性波理論,在深水海域,波浪傳播速度是周期的1.56倍,譬如週期10秒的湧浪,其傳播速度為15.6m/s(即56 km/hr),若湧浪周期達18秒,則其傳播速度超過時速百公里。

一般颱風的前進速度約5~25 km/hr,湧浪的速度快過颱風移動速度,因此,颱風發生時,颱風中心強風所吹出的湧浪傳的較颱風為快,經常會比颱風提早到達海岸,衝擊岸邊,激起巨大水花,貌似千堆雪。
 
(左)風浪波長短、常有碎波與白沫。(右)湧浪波長很長,波形圓緩。(圖/撰稿團隊提供)
▲(左)風浪波長短、常有碎波與白沫。(右)湧浪波長很長,波形圓緩。(圖/撰稿團隊提供)
 
湧浪=瘋狗浪?
 
一般教科書中對湧浪的定義均僅指稱是「周期比較長的浪」,並未明確定義出是週期幾秒以上的浪,海洋科學家普遍認為,湧浪週期應為10秒以上,我國中央氣象局則定義波高超過1.5米,平均週期(Mean wave period)超過8秒者為湧浪(長浪),並發布預警。
 
湧浪容易對包括各類船舶及浮式平台等在內的浮式構築物產生危害,因為湧浪的長周期低頻特性容易加劇浮式結構物的橫搖與垂直震盪。

2005年6月印度孟買油田發生歷史上最嚴重的爆炸事故即與湧浪有關,因此,海洋工程船隻施工、油船收油、LNG船洩氣、艦艇油料補給以及漁船作業等重要的海上操作都必須考慮湧浪特性,海上風力發電機的受力也必須考量湧浪的存在。

湧浪也對海岸工程造成重大衝擊,颱風所帶來的湧浪具有巨大刷蝕能力,可以掏空海岸公路路基或破壞海堤。

湧浪傳播到近岸海域後,受水深變淺影響,波浪變形,波長減小,波高迅速增大,加上湧浪往往在颱風抵達前先行傳遞到岸邊,容易被人們忽視,因此常有被湧浪激起巨大水花衝擊人們落水之案件發生。
 
湧浪到達岸邊時波高增加,尖銳度到達一定程度發生破碎,激起巨大浪花。(圖/Brocken Inaglory,wikipedia)
▲湧浪到達岸邊時波高增加,尖銳度到達一定程度發生破碎,激起巨大浪花。(圖/Brocken Inaglory,wikipedia)
 
2012年10月巴比倫(Prapiroon)颱風期間在新北市貢寮區梗枋漁港發生的瘋狗浪越堤,造成兩輛車三個人被沖刷入海之傷亡事件,即與湧浪有關:2013年11月海燕(Haiyan)颱風期間在東北角鼻頭角地質步道發生巨大瘋狗浪沖刷16人落海事件、2014年7月浣熊(Neoguri)颱風期間在野柳發生7名遊客被瘋狗浪衝擊受傷事件、2014年10月黃蜂(Vongfong)颱風期間瘋狗浪將在基隆海洋大學防波堤上騎行的騎士沖入海中事件、2015年4月梅莎(Maysak)颱風期間在花蓮七星潭沖倒戲水遊客事件等,都已被證實與湧浪有關。
 
以上的颱風有個共通的特性,它們的行進路徑均未朝向台灣,與事發地點距離均超過800公里以上,中央氣象局均未發佈警報,但颱風生成的湧浪卻傳遞至海岸地區激起巨大水花,形成瘋狗浪,加上人們的忽視,造成諸多傷亡事件。過去的研究顯示,瘋狗浪事件有一半與颱風湧浪有關。
 
湧浪並非即是瘋狗浪,但海岸邊瘋狗浪的出現常與湧浪脫離不了關係,唯湧浪亦不可以此予以汙名化,湧浪對衝浪客是絕佳的海象,譬如湧浪顯著的地點如夏威夷是衝浪者的天堂。再者,普遍認為,湧浪較風浪美麗,具有賞景的功效。
 
來源:
  • 科技部補助「新媒體科普傳播:小王子眼中21世紀的地球」
  • 原標題:海洋中的長浪
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