Ян Проктор - Плавание под парусом: ветер, волнение и течения

Существуют многочисленные теории образования волн. Ни одна из теорий не описывает явление полностью, но поскольку практический интерес представляют следствия, а не причины, то такое состояние науки не должно нас особенно беспокоить. На начальной стадии волны вызываются, видимо, трением между движущимся воздушным потоком и неподвижной поверхностью воды. Вода замедляет воздушный поток, вызывая в нем вихри, при этом поверхность воды становится неровной, на ней образуется рябь Возникает порочный круг: из-за того, что поверхность воды стала неровной, трение увеличивается и усиливаются вихри над поверхностью воды.

Рис. 27. Принципиальная схема образования волн, по теории экранирования Джеффриса

Сразу после образования волн начинает работать так называемый механизм экранирования Джеффриса, согласно которому воздушный Поток над крупными волнами существенно искажается. Это влияет на парус маленьких яхт типа швертботов-одиночек. Согласно теории Джеффриса, поток воздуха давит на наветренный склон волны, более или менее плавно поднимается по склону и на гребне направлен несколько вверх, а затем, падая, давит на склон следующей волны; разрыв под гладким воздушным потоком на наветренном склоне волны заполняется турбулентным вихрем таким образом, что эта часть волны экранируется от действия ветра. Рисунок 27 помогает понять этот механизм. [5] В современных теоретических работах принят несколько иной механизм образования волн. (Прим. перев.)

Теория Джеффриса не является полностью справедливой, так как в ней не учитывается скорость самых быстрых волн, которые могут двигаться со скоростью ветра или еще быстрее, тогда как обычно при устойчивом в течение значительного времени ветре волны движутся со скоростью, составляющей примерно 3/ 4от скорости ветра. Тем не менее в образовании более медленных волн механизм экранирования играет важную роль Восходящие потоки воздуха над гребнями используют парящие морские птицы.

Теоретически рябь появляется при ветре около 2 узлов, но при этом настоящие волны не образуются и не поддерживается существование уже сформировавшихся волн, уходящих в районы с меньшей скоростью ветра Если ветер, образовавший рябь, стих, то поверхность воды опять становится гладкой как зеркало.

Следовательно, темные полосы ряби в тихий день являются хорошим индикатором скорости ветра у поверхности воды, хотя это не обязательно означает, что там, где ветровых полос нет, несколько выше поверхности воды ветер отсутствует. Для яхтсмена наблюдение за ветровыми полосами в штиль очень важно, но эти полосы не всегда являются безошибочными признаками лучшего парусного ветра, так как яхту движет ветер не у самой поверхности, а несколько выше.

Необходимо подчеркнуть, что рябь вызывается относительным движением воды и воздуха непосредственно над поверхностью. Поэтому при наличии течения рябь может образовываться при штиле. Таким образом, темные полосы на воде не всегда говорят о ветре, в равной степени они могут быть следствием течения. Необходимо также отметить, что ветер, при котором обычно появляется рябь, не образует ее, если вода движется примерно в том же направлении и с той же скоростью, что и воздух При таких условиях гладкие участки водной поверхности могут означать наличие попутного течения. Аналогично, если легкий ветер дует в направлении течения, а ери штиле течение уже образовало рябь, то ветер может ее уничтожить. Следовательно, используя рябь как индикатор наличия ветра или течения, необходимо помнить все перечисленные обстоятельства. (См также с. 71–76.)

На размеры волн влияет расстояние, на котором развивались ветровые волны. Это расстояние называется разгоном ветра (или волн). Для понимания влияния разгона на волны рассмотрим, как на них действует волнолом Один и тот же ветер может быть как до, так и после волнолома, но волнение будет существенно различным За волноломом оно образовано ветром при ограниченном разгоне и поэтому относительно невелико и может быть безопасным.

На образование волн влияет также вязкость: в натурных условиях крупные волны при скоростях ветра менее 8 узлов образуются редко. Непрерывное воздействие усиливающегося ветра формирует большие волны, но затем диссипация и турбулентность ограничивают размеры волн, и дальнейшая энергия, поступающая от ветра, расходуется только на увеличение их длины и скорости. Например, известно, что при сильном шквале образуются крутые, беспорядочные маленькие волны, которые, в отличие от сравнительно высоких волн, не имели достаточно времени, чтобы достигнуть значительной длины или скорости.

Абсолютно правильные большие волны сравнительно редки даже в открытом океане, в прибрежных водах они встречаются еще реже. Волны, образованные сильными ветрами, затухают медленно и поэтому проходят большие расстояния; такие волны, которые движутся без помощи ветра, называют зыбью. Очень часто в одном и том же районе одновременно могут наблюдаться две или три системы зыби. Часто при местном ветре на гребнях зыби образуются волны меньших размеров и другого направления. Все это может происходить в открытом море, в сотнях миль от суши, поэтому легко представить сложную картину интерференции на мелководье у подветренного берега и при наличии течений.

Достаточно странно и, вероятно, противоречит распространенному представлению мое мнение о том, что волнение на соревнованиях швертботов и других маленьких яхт часто более регулярно, чем в центре Атлантики; причина заключается в ограниченности разгонов в районах соревнований, поэтому волны здесь молодые, следовательно, совпадают с наблюдающимся ветром и не «перепутаны» с волнами, зародившимися в других районах.

Хорошо известно, что зыбь, образовавшаяся при сильном ветре, может существовать долго после того, как ветер стих. Неудивительно, что скорость зыби очень часто существенно превышает скорость местного ветра. Менее известно (об этом мы уже упоминали), что при достаточно большом разгоне и устойчивом ветре скорость волн может быть значительно больше скорости породившего их ветра. Имеется запись волн со скоростью 60 узлов; 30 узлов- скорость вполне обычная.

Рис. 28. Высота и длина волны.

Волны характеризуются высотой, длиной, периодом и скоростью. Между высотой волны и другими ее элементами не имеется простых и точных соотношений, но длина, период и скорость зависят друг от друга, — если известна одна величина, то по ней можно определить другую. [6] Конечно, эти простые соотношения являются приближенными. (Прим. перев.)