了解海浪：性质、形成与分类

了解海浪：性质、形成与分类

张佳骏

2025年6月

来到海边，望著一波波拍打岸边的海浪时，你有否想过海浪是如何形成的？海浪是海洋中最常见的动态现象之一，它不仅塑造了海岸线，亦会影响气候及生态系统，与人类的生活息息相关。不论是温柔的涟漪还是汹涌的巨浪，其实都是海浪的一种，到底我们可以如何把海浪分类？了解海浪的性质，不仅能加深我们对海洋的认识，还能帮助我们应对未来海洋的挑战。

海浪的描述

海浪是发生在海面上的一种周期性波动。在了解海浪的分类前，我们先要明白一般用以描述海浪的参数（图一）：

- 波高： 指波峰（最高点）到波谷（最低点）之间的垂直距离。波高越大，能量越高；台风可在深海产生超过10米高的巨浪。波幅为波高的一半。

- 有效波高： 根据波浪记录推导出来的前三分之一最高波浪的平均高度。这一般是海上观测员最常报告的近似值，即特征波高，通常是波浪预报中泛指的波高预测。

- 波长： 指两个相邻波峰或波谷之间的水平距离。在深海，波的传播速度主要受波长影响。

- 尖锐度： 定义为波高和波长的比例，用来衡量波浪的陡峭程度，尖锐度愈大波浪愈容易「破碎」，亦即是我们常见的「白头浪」。当尖锐度高于1/7，波浪会有大机会破碎。

- 波周期： 指两个相邻波峰通过某一固定点的时间间隔，通常以秒为单位。周期是海浪分类的重要参数。

- 有效波周期： 根据波浪记录推导出来的前三分之一最高波浪的平均周期，即有效波高各波高对应周期的平均值。这特征波周期通常是波浪预报中泛指的波周期。

图一 波浪参数示意图。

波浪的成因及分类

海浪主要是由风吹产生。当风吹过海洋表面时，摩擦力会使水面形成小波纹。如果风向不变，随著风力上升，这些波纹会逐渐增大，形成波浪，所以这种浪又被称作「风浪」。风浪的波长及周期通常较短，而风浪的生长主要受风速、风场范围及风力持续时间长短所影响，通常风愈大，浪便会愈高。当风浪离开风场范围，或因风向改变或风力减弱后遗留下来的浪，便不会再受局地的风力影响，而浪在深海的相互作用令风浪的波长变长和周期上升，形成「涌浪」，可以传播到很远的地方 （图二）。

图二 涌浪生成示意图。

在深海，热带气旋的强风能形成巨大的风浪。当它们远离热带气旋的风场范围后，便会变成涌浪，波长变长，传播速度亦会变得比热带气旋的移动速度快。有时候即使岸边浅水区域还是风和日丽，涌浪可能已经抵达岸边，出其不意地在岸边翻起巨浪，可将岸边的人卷出大海而造成伤亡。除了常见的「风浪」及「涌浪」分类外，学术上海浪亦常以其周期、生成机制及影响它们的力作分类（图三）：

图三 波浪依周期分类[2]。

- 表面张力波： 主要是由风产生，加上受水的表面张力作用而产生的微波，周期在0.1秒以下，能量较低，通常在风浪形成的初期出现。而周期在0.1至1秒的微波则会同时受到水的表面张力及地球重力影响，亦被称作「超重力波」。通常我们会把周期在1秒以下的微波统称为「涟漪」。

- 重力波： 主要是由风产生，大部分的海浪属于这一类，周期介乎1秒至30秒，在传播时主要受地球重力影响。这类波浪包括常见的风浪和涌浪。

- 长波： 海啸波是长波的一种，通常由海底地震引起，波长极长，波周期约5至60分钟，能量巨大。海啸波可以在大洋中传播数千公里，并在靠近岸边浅水区域时变形，形成巨浪。此外，由热带气旋引起的风暴潮亦属长波。

- 天文潮： 潮汐涨退主要是受到月球及太阳的引力影响，周期约为12至24小时。

海浪作为一种自然现象，种类繁多，从风浪到天文潮，每一种浪都有其独特的成因和影响。通过了解海浪的基本参数、分类及生成机制不仅对于水上活动人士至关重要，也帮助我们可以更好地预测和应对海洋及近岸环境的变化。

参考资料：[1] Introduction to Physical Oceanography, Robert H. Stewart, Texas A & M University, 2009。[2] New Frontiers in Operational Oceanography, GOADE OceanView, CreateSpace Independent Publishing Platform, 2018。