Undertow (vattenvågor)

Den här artikeln handlar om undertow under vattenvågor. För annan användning, se Undertow (disambiguation) .

Den här artikeln handlar om en havsström under alla kustnära vågor. Det är inte att förväxla med Ripström .

En skiss över understrålningen (under vågrännorna) och den landriktade våginducerade masstransporten (ovanför rännorna) i ett vertikalt tvärsnitt över (en del av) surfzonen. Skiss från: Buhr Hansen & Svendsen (1984) ; MWS = medelvattenyta.

I fysisk oceanografi är underström den underström som rör sig till havs när vågorna närmar sig stranden . Undertow är en naturlig och universell egenskap för nästan alla stora vattenområden: det är ett returflöde som kompenserar för den landriktade genomsnittliga transporten av vatten av vågorna i zonen ovanför vågdalarna . Undertows flödeshastigheter är generellt starkast i surfzonen , där vattnet är grunt och vågorna är höga på grund av stim .

I populärt bruk är ordet "undertow" ofta felaktigt applicerat på rivströmmar . En underblåsning förekommer överallt under kustnärmande vågor, medan rivströmmar är lokala smala havsströmmar som uppstår på vissa platser längs kusten.

Oceanografi

En "undertow" är ett jämnt, offshore-riktat kompensationsflöde, som sker under vågor nära stranden. Fysiskt, nära stranden, är det våginducerade massflödet mellan vågtopp och dal inriktat på land. Denna masstransport är lokaliserad till den övre delen av vattenpelaren , dvs ovanför vågrännorna . För att kompensera för mängden vatten som transporteras mot stranden sker en andra ordningens (dvs proportionell mot våghöjden i kvadrat ) , offshoreriktad medelström i den nedre delen av vattenpelaren. Detta flöde – underströmmen – påverkar kustnära vågor överallt, till skillnad från rivströmmar lokaliserade på vissa positioner längs stranden.

Termen understrålning används i vetenskapliga kustoceanografidokumentationer. Fördelningen av flödeshastigheter i undertunnan över vattenpelaren är viktig eftersom den starkt påverkar transporten av sediment på eller till havs . Utanför surfzonen finns en landbaserad sedimenttransport nära bädden inducerad av Stokes-drift och skev-asymmetrisk vågtransport. I surfzonen genererar stark underström en havsnära sedimenttransport till havs. Dessa antagonistiska flöden kan leda till sandstång där flödena konvergerar nära vågbrytningspunkten eller i vågbrytningszonen.

Medelflödeshastighetsvektorer i undertunnan under störtande vågor , mätt i en laboratorievågränna – av Okayasu, Shibayama & Mimura (1986 ) . Under vågbotten är medelhastigheterna riktade offshore. Strandlutningen är 1:20; Observera att den vertikala skalan är förvrängd i förhållande till den horisontella skalan.

Seaward massflöde

Ett exakt förhållande för massflödet av en icke-linjär periodisk våg på ett inviscid vätskeskikt fastställdes av Levi-Civita 1924. I en referensram enligt Stokes första definition av vågsceleritet, massflödet $M_ {w}$ av vågen är relaterad till vågens kinetiska energitäthet $E_{k}$ (integrerad över djup och därefter medelvärde över våglängd ) och fashastighet $c$ till och med:

$M_{w}={\frac {2E_{k}}{c}}.$

liknande sätt visade Longuet Higgins 1975 att – för den vanliga situationen med noll massflöde mot stranden (dvs. Stokes andra definition av vågsceleritet ) – normalt infallande periodiska vågor producerar en djup- och tidsgenomsnittad underströmshastighet:

${\bar {u}}=-{\frac {2E_{k}}{\rho ch}},$

med $h}$ displaystyle medelvattendjupet och $\rho$ vätskedensiteten . Den positiva flödesriktningen för ${\bar {u}}$ är i vågens utbredningsriktning.

För vågor med liten amplitud finns det ekvipartition av kinetisk ( $E_{k}$ ) och potentiell energi ( $E_{p}$ :

$E_{w}=E_{k}+E_{p}\approx 2E_{k}\approx 2E_{p$

med $E_{w}$ den totala energitätheten för vågen, integrerad över djup och medelvärde över horisontellt utrymme. Eftersom den potentiella energin $E_{p}$ i allmänhet är mycket lättare att mäta än den kinetiska energin, är vågenergin ungefär ${\displaystyle {E_{w}\$ { (med $H$ våghöjden ). Så

${\bar {u}}\approx -{\frac {1}{8}}{\frac {gH^{2}}{ch}}.$

För oregelbundna vågor är den erforderliga våghöjden våghöjden H rms $displaystyle H_{\text{rms}}\approx {\sqrt {8}}\;\sigma ,}$ med $\displaystyle \sigma }$ { standardavvikelsen för den fria ytans höjd. Den potentiella energin är $E_{p}={\tfrac {1}{2}}\rho g\sigma ^{2}$ och $E_{w}\approx \rho g\sigma ^{2}.$

Fördelningen av underströmshastigheten över vattendjupet är ett ämne för pågående forskning.

Förvirring med ripströmmar

Huvudartikel: Ripström

I motsats till understräcka är ripströmmar ansvarig för den stora majoriteten av drunkningar nära stränder. När en simmare kommer in i en rivström börjar den föra dem till havs. Simmaren kan lämna rivströmmen genom att simma i rät vinkel mot flödet, parallellt med stranden, eller genom att helt enkelt trampa vatten eller flyta tills revan släpper dem. Däremot kan drunkning inträffa när simmare tröttar ut sig själva genom att utan framgång försöka simma direkt mot strömmen av en ripa.

På webbplatsen för United States Lifesaving Association noteras att vissa användningar av ordet "undertow" är felaktiga:

En rivström är en horisontell ström. Ripströmmar drar inte människor under vattnet – de drar bort människor från stranden. Drunkningsdödsfall inträffar när människor som dras till havs inte kan hålla sig flytande och simma till land. Detta kan bero på vilken kombination som helst av rädsla, panik, utmattning eller bristande simkunskaper. I vissa regioner refereras ripströmmar till med andra, felaktiga termer som "rip tides" och "undertow". Vi uppmuntrar exklusiv användning av den korrekta termen – rivströmmar. Användning av andra termer kan förvirra människor och negativt påverka folkbildningsinsatser.

Se även

• Longshore-ström – En ström parallell med strandlinjen orsakad av vågor som närmar sig i en vinkel mot strandlinjen

Övrig

• Buhr Hansen, J.; Svendsen, IA (1984), "A theoretical and experimental study of undertow", i Edge, BL (red.), Proceedings 19th International Conference on Coastal Engineering , Houston: ASCE, s. 2246–2262
• Okayasu, A.; Shibayama, T.; Mimura, N. (1986), "Velocity field under plunging waves", i Edge, BL (red.), Proceedings of the 20th International Conference on Coastal Engineering , vol. 1, Taipei: ASCE, s. 660–674

externa länkar

• Tatiana Morales (2004-05-27), Watch out for rip tides , CBS News , hämtad 2015-06-24