考PADI潛水長(Dive master)的時候,一定要讀休閒潛水大百科,不過這本書裡有一些比較專業的理論,需要有人導讀才容易懂,光是通過考試,可能還無法應用在實際的潛水活動上。
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翻到PADI休閒潛水大百科2-30頁,這裡講的是波浪。
波有一些比較直觀的性質,我們可能在很小的時候就注意到了,長大後在海裡潛水也會發現,那就是波傳遞的時候,只是傳遞能量,如果沒有流,你在海面上基本上只會被浪帶上帶下,不會有橫向位移,你的橫向位移是海流和你踢蛙鞋的效應。這種不需要定量計算的概念比較好理解,不過波有一些性質需要定量計算才容易理解。我舉個例子:
想一想我們在墾丁南灣或白沙灣海邊看到的浪是怎麼形成的?主要是風力,而波浪的形成與毀滅的過程是:
風浪(wind wave,是重力波 gravity wave) -> 湧浪(swell) -> 碎波(breakers)
PADI書上說風浪主要的回復力是重力,表面張力貢獻的比較小,所以稱重力波。風浪會漸漸形成規則的湧浪,然後傳到岸邊會破碎,形成浪花,把你小時候在海灘蓋的沙堡打掉。另外,PADI書上說「風力造成的波長60-150m」,這數據有什麼意義呢?在海上航行,你可能會觀察到一件有趣的事實,那就是「後浪可能會超越前浪」,但是在岸潛的時候,你又會發現海岸邊的「後浪一樣會追前浪,可是永遠無法超越前浪」。要理解這樣的現象,就要來想有什麼因素會影響波速。波浪在傳播的時候,要考慮摩擦力,在水深的時候跟在水淺的時候,計算波速的方式不一樣,基本概念是水淺的時候,傳播速度肯定會較慢,因為受到摩擦力影響。問題是,水深水淺的概念是相對的,跟波長有關,這比較不直觀,一般你可能會認為在外海的波就一定是深水波,那可不一定!
我們看看PADI書上怎麼寫:
深水波Deep water wave:水深超過波長一半
淺水波Shallow water wave:水深是波長1/20左右
而深水波的波速是(gL/2pi)^(1/2),g=重力加速度,L=波長,pi=圓周率
淺水波的波速是(gd)^(1/2),g=重力加速度,d=水深
平均海深是4000m,所以外海的波一般是深水波。颱風造成的湧浪波速算9m/s好了,一天大概可以傳播700km,比起颱風眼的行進速度400-500km/天還要快(從菲律賓呂宋島跑到台灣南部要1-2天),西太平洋的颱風形成的湧浪會傳播到台灣的花東海岸,颱風來的一兩天前,浪就先傳到了,海岸旁就會有巨浪。這告訴我們一件事,颱風要來的前兩天,就最好不要到東海岸潛水,因為浪跑的比颱風快。
PADI書上說的「風力造成的波長60-150m」,可以拿來估算波速,假設波長100m,在外海的傳播速度 [(100x9.8)/(2x3.14)]^(1/2) = 12.5m/s,大概等於奧運選手跑百米的速度,而可見波長短的波傳的比較慢,所以會被波長長的波超越。在水深及腰的淺灘,假設水深1m,這時波速大概是3m/s,正比於(深度)^(1/2)。因為淺水波的波速計算跟波長無關,只跟深度有關,所以後浪一定追不上前浪。新版PADI Open Water課本強調,在海面上一定不要把面鏡脫掉,也不要把調節器拿掉講話,雖然你可能在這一潛看到鎚頭鯊或是其他讓你很興奮的海洋生物,但是因為後浪可能會追上前浪,你要估算浪打過來的時間比岸潛的時候難,可能冷不防一個150m波長的波就打過來了,要講話等上船後再講也不遲,先確保你的面鏡不會落海,也不會被浪打到嗆水再說吧!
PADI書上說地震波的波長是200km(週期5-20分鐘,波高0.3-0.6公尺),這遠遠大於平均海深,所以地震引起的海嘯之所以可怕,原因在於地震波是淺水波,根據淺水波的波速計算公式,假設水深4000m(用海底平均深度來計算,合理),海嘯的傳播速度是200m/s,這很快嘛?很快!有多快,我們要換算成km/h才容易理解,200m/s = 0.2km/s = 720km/h
看出來了嘛?720km/h跟我們在飛機上的LCD螢幕看到的速度差不多,噴射民航機在平流層的巡航速度差不多就是海嘯傳播的速度。
假設有個地震在西太平洋某處產生,那海嘯多久會到台灣?其實有個很簡單的估計法,那就是看看那附近有沒有機場,你用手機查航班的app看從那個機場飛到台灣大概要多久,就可以很快估算出來。例如新幾內亞北部海底若發生地震,假如形成地震波,傳到台灣是5-6小時(你如果剛好有搭過這一段航線,估算會很快)。幸好會傳到台灣的海嘯沒有日本、阿留申、南美多。
至於常聽到的瘋狗浪(Rough wave)會在哪裡產生?以台灣來說,墾丁的貓鼻頭和東北角的三貂角最多。會產生瘋狗浪的地方,肯定是岩岸,你在沙岸岸潛就不用擔心瘋狗浪。瘋狗浪的能量很大,這表示有某種機制讓能量累積,PADI書上說主要考慮:
1.干涉
2.水流逆向
會形成瘋狗浪的地形,主要是有個突出的地形,而且要近岸海底的等深度與突出的海岸線相似,這樣能量才會累積形成瘋狗浪。一般我們不會選有瘋狗浪的地方岸潛,因為不好出入水,比較容易受瘋狗浪影響的是釣客。