Purpose. The paper is purposed at studying temporal variability of the geometric dimensions of wind wave breaking under natural conditions, and at assessing the fraction of the sea surface covered with foam using the distribution of the breaking wave crest lengths.
Methods and Results. Field studies of the wave breaking characteristics were carried out from the stationary oceanographic platform located at 500 m off the Katsiveli coast (Black Sea hydrophysical sub‑satellite polygon). The geometric dimensions of wave breaking in the active phase and the velocity of wave movement were determined using the video records of sea surface. Processing of video frame sequences has resulted in formation of the array of crest lengths, and the array of widths and areas of the varying in time foam structures. Meteorological information was obtained simultaneously with video records.
Conclusions. The connection independent of wind and wave conditions was established experimentally between the wave breaking geometric dimensions and the breaking wave length: the average width of breaking is proportional to the length of a breaking wave, the average area – to the squared length of a carrier wave. The values of these ratios are 0.03 and 0.002, respectively, that confirms the geometric similarity of wave breaking. It is shown that the length and width of an individual wave breaking increase at a constant rate, the value of which is conditioned by the scale of a breaking wave. The geometric characteristics of wave breaking normalized to the length of a breaking wave are linearly dependent on dimensionless time and independent of the scales and velocities of breaking waves. To calculate the fraction of sea surface covered with foam, the distributions of the wave breaking lengths were used. The field data values are shown to be adequately corresponding to the calculations by the model proposed by O. M. Phillips.
Цель. Цель работы – исследовать временную изменчивость геометрических размеров обрушений ветровых волн в натурных условиях и оценить долю морской поверхности, покрытой пеной, используя распределение длин гребней обрушивающихся волн.
Методы и результаты. Натурные исследования характеристик обрушений проводились со стационарной океанографической платформы, расположенной в 500 м от берега в районе пгт Кацивели (Черноморский гидрофизический подспутниковый полигон). Определение геометрических размеров обрушений в активной фазе и скоростей их движения осуществлялось по видеозаписям морской поверхности. В результате обработки последовательностей видеокадров сформированы массивы длин гребней, ширины и площадей пенных структур, изменяющихся во времени. Одновременно с видеозаписями регистрировалась метеорологическая информация.
Выводы. Экспериментально установлена не зависящая от ветровых и волновых условий связь геометрических размеров барашка с длиной обрушивающейся волны: средняя ширина обрушения пропорциональна длине обрушивающейся волны, средняя площадь – квадрату длины несущей волны. Значения этих отношений равны 0,03 и 0,002 соответственно, что подтверждает геометрическое подобие обрушений. Показано, что длина и ширина индивидуального барашка увеличиваются с постоянной скоростью, значение которой определяется масштабом обрушивающейся волны. Геометрические характеристики обрушений, нормированные на длину обрушивающейся волны, линейно зависят от безразмерного времени и не зависят от масштабов и скоростей обрушивающихся волн. Для расчета доли морской поверхности, покрытой пеной, использовалось распределение длин обрушений. Показано, что значения натурных данных удовлетворительно согласуются с расчетами по модели, предложенной О. М. Филлипсом.