水面波
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水面波（波浪、単に波とも）は、水面の運動を伝える波動の一種である。以下、単に「波」と書く。波は海水浴やサーフィンで楽しめるほか、海岸の生態系や地形など、地球の環境に大きな影響を与えている。
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[編集] 波の基礎理論
物理学上の他の波動と同じく、海の波も屈折、回折、反射、透過、減衰などの性質をもつが、海の波特有の性質をここで挙げる。
[編集] 波のパラメータ
- 波長 L、周期 T、波速 C (=L/T)
- 波高 H、振幅 a (=H/2)
- 水深 h
- 水面波形 η
[編集] 波の分類
波は、水深によって、深海波（沖波, Deep Water Wave）、浅海波 (Wave in Transitional Depth)、極浅海波（長波, Shallow Water Wave, Long Wave）に分類される。
水面変動の振幅が水深に対して十分小さい波のことを微小振幅波といい、その仮定における理論を微小振幅波理論という。それに対して、波高がそれほど小さくない場合、有限振幅波という。
[編集] 微小振幅波理論
- <math>\frac{\partial^2\phi}{\partial x^2}+\frac{\partial^2\phi}{\partial z^2}=0</math>
は、ある仮定および境界条件のもとで解くことができる。すなわち、波の振幅が微小であること、海水が完全流体（非圧縮・非粘性）であることなどの仮定、および、水底・水面における力学的・運動学的境界条件から速度ポテンシャル φ(x, z, t) を求めると、
- <math>\phi=-\frac{Hg}{2\omega}\frac{\cosh k(h+z)}{\cosh kh}\sin (kx-\omega t)</math>
となる。H は波高、ω は角周波数(=2π/T)、k は波数(=2π/L) である。cosh については双曲線関数を参照。
速度ポテンシャルを微分すると速度が求められ、この式から、海水の水粒子は楕円軌道を描いて運動しており、深海波では円軌道に近くなることがわかる。
また、水粒子が水面から飛び出すことなく水面の動きに追随すること（水面における運動学的境界条件という）から、分散関係式
- ω2 = gk tanh kh
が得られる。
[編集] 有限振幅波理論
ストークス波、クノイド波、孤立波などの理論がある。
[編集] 浅水変形
波は沖から岸に近付くにつれて形を変える。水深が小さくなるにしたがって、波高が大きくなり波長は短くなる。沖での波高をH0としたとき、Ks = H/H0 を浅水係数といい、波高の増減の具合を示す。
[編集] 波浪の種類
風によって、起こる波を波浪というが、次の２種類がある。
- 風浪…その場で吹いている風によって引き起こされた波
- うねり…他の海域で風によって起こされた波が伝わってきた波
気象庁では風浪やうねりによって災害が引き起こされると予測される場合は、警報や注意報を発表し、注意を促している。
[編集] 津波
津波は、地震によって引き起こされる波。気象庁では、地震が起こると直ちに震源地、震源の深さ、地震の強さなどを計算し、津波が予測される場合は、津波の程度により、大津波警報、津波警報、津波注意報を出す。
[編集] 関連項目
