Инфрагравитационные волны — это поверхностные гравитационные волны с частотами ниже, чем у ветровых волн , состоящие как из ветрового моря , так и из зыби , что соответствует части спектра волн, которая ниже частот, непосредственно генерируемых ветром .
Инфрагравитационные волны — это гравитационные волны на поверхности океана , создаваемые океанскими волнами с более короткими периодами. Амплитуда инфрагравитационных волн наиболее существенна на мелководье, в частности вдоль береговых линий, на которые воздействуют ветровые волны с высокой амплитудой и большим периодом и океанские зыби . Ветровые волны и океанские зыби короче, с типичными доминирующими периодами от 1 до 25 с. Напротив, доминирующий период инфрагравитационных волн обычно составляет от 80 до 300 с, [1] что близко к типичным периодам цунами , с которыми они имеют схожие свойства распространения, включая очень высокую скорость в глубокой воде. Это отличает инфрагравитационные волны от обычных океанических гравитационных волн , которые создаются ветром, действующим на поверхность моря, и медленнее, чем создающий ветер.
Каковы бы ни были детали механизма их генерации, обсуждаемые ниже, инфрагравитационные волны представляют собой субгармоники падающих гравитационных волн. [2]
Технически инфрагравитационные волны — это просто подкатегория гравитационных волн, которая относится ко всем гравитационным волнам с периодами более 30 с. Это может включать такие явления, как приливы и океанические волны Россби , но общее научное использование ограничивается гравитационными волнами, которые генерируются группами ветровых волн.
Термин «инфрагравитационная волна» был, по-видимому, придуман Уолтером Мунком в 1950 году. [3] [4]
Два основных процесса могут объяснить передачу энергии от коротких ветровых волн к длинным инфрагравитационным волнам, и оба важны на мелководье и для крутых ветровых волн. Наиболее распространенным процессом является субгармоническое взаимодействие поездов ветровых волн, которое впервые наблюдали Манк и Такер и объяснили Лонге-Хиггинс и Стюарт. [5] Поскольку ветровые волны не монохроматичны, они образуют группы. Дрейф Стокса, вызванный этими групповыми волнами, переносит больше воды туда, где волны самые высокие. Волны также толкают воду таким образом, что это можно интерпретировать как силу: расхождение радиационных напряжений. Объединяя сохранение массы и импульса, Лонге-Хиггинс и Стюарт тремя различными методами дают теперь хорошо известный результат. А именно, средний уровень моря колеблется с длиной волны, которая равна длине группы, с низким уровнем, где ветровые волны самые высокие, и высоким уровнем, где эти волны самые низкие. Это колебание морской поверхности пропорционально квадрату амплитуды короткой волны и становится очень большим, когда групповая скорость приближается к скорости мелководных волн. Детали этого процесса изменяются, когда дно наклонное, что обычно имеет место вблизи берега, но теория улавливает важный эффект, наблюдаемый в большинстве условий, что высокая вода этого «прибойного удара» приходит с волнами наименьшей амплитуды.
Другой процесс был предложен позже Грэмом Саймондсом и его коллегами. [6] Чтобы объяснить некоторые случаи, в которых эта фаза длинных и коротких волн не противостояла, они предположили, что положение линии прибоя в прибое, движущейся в сторону глубокой воды, когда волны выше, может действовать как волнообразователь. Похоже, что это, вероятно, хорошее объяснение генерации инфрагравитационных волн на рифе.
В случае коралловых рифов периоды инфрагравитации устанавливаются посредством резонансов с самим рифом. [7] [8]
Считается, что инфрагравитационные волны являются механизмом, генерирующим кроссовые волны , необычно большие и продолжительные волны, которые заставляют воду выплескиваться далеко на берег и которые привели к гибели множества людей на северо-западе Тихого океана в США . [9]
Инфрагравитационные волны, генерируемые вдоль тихоокеанского побережья Северной Америки, как было замечено, распространяются через океан до Антарктиды и там сталкиваются с шельфовым ледником Росса . Их частоты более тесно связаны с собственными частотами шельфового ледника, и они производят движение шельфового ледника с большей амплитудой, чем обычная океанская зыбь гравитационных волн. Кроме того, они не гасятся морским льдом, как обычная океанская зыбь. В результате они изгибают плавающие шельфовые ледники, такие как шельфовый ледник Росса; этот изгиб вносит значительный вклад в разрушение шельфового ледника. [2] [10]