了解海浪：性質、形成與分類

了解海浪：性質、形成與分類

張佳駿

2025年6月

來到海邊，望著一波波拍打岸邊的海浪時，你有否想過海浪是如何形成的？海浪是海洋中最常見的動態現象之一，它不僅塑造了海岸線，亦會影響氣候及生態系統，與人類的生活息息相關。不論是溫柔的漣漪還是洶湧的巨浪，其實都是海浪的一種，到底我們可以如何把海浪分類？了解海浪的性質，不僅能加深我們對海洋的認識，還能幫助我們應對未來海洋的挑戰。

海浪的描述

海浪是發生在海面上的一種週期性波動。在了解海浪的分類前，我們先要明白一般用以描述海浪的參數（圖一）：

- 波高： 指波峰（最高點）到波谷（最低點）之間的垂直距離。波高越大，能量越高；颱風可在深海產生超過10米高的巨浪。波幅為波高的一半。

- 有效波高： 根據波浪記錄推導出來的前三分之一最高波浪的平均高度。這一般是海上觀測員最常報告的近似值，即特徵波高，通常是波浪預報中泛指的波高預測。

- 波長： 指兩個相鄰波峰或波谷之間的水平距離。在深海，波的傳播速度主要受波長影響。

- 尖銳度： 定義為波高和波長的比例，用來衡量波浪的陡峭程度，尖銳度愈大波浪愈容易「破碎」，亦即是我們常見的「白頭浪」。當尖銳度高於1/7，波浪會有大機會破碎。

- 波週期： 指兩個相鄰波峰通過某一固定點的時間間隔，通常以秒為單位。週期是海浪分類的重要參數。

- 有效波週期： 根據波浪記錄推導出來的前三分之一最高波浪的平均周期，即有效波高各波高對應週期的平均值。這特徵波周期通常是波浪預報中泛指的波周期。

圖一 波浪參數示意圖。

波浪的成因及分類

海浪主要是由風吹產生。當風吹過海洋表面時，摩擦力會使水面形成小波紋。如果風向不變，隨著風力上升，這些波紋會逐漸增大，形成波浪，所以這種浪又被稱作「風浪」。風浪的波長及週期通常較短，而風浪的生長主要受風速、風場範圍及風力持續時間長短所影響，通常風愈大，浪便會愈高。當風浪離開風場範圍，或因風向改變或風力減弱後遺留下來的浪，便不會再受局地的風力影響，而浪在深海的相互作用令風浪的波長變長和週期上升，形成「湧浪」，可以傳播到很遠的地方 （圖二）。

圖二 湧浪生成示意圖。

在深海，熱帶氣旋的強風能形成巨大的風浪。當它們遠離熱帶氣旋的風場範圍後，便會變成湧浪，波長變長，傳播速度亦會變得比熱帶氣旋的移動速度快。有時候即使岸邊淺水區域還是風和日麗，湧浪可能已經抵達岸邊，出其不意地在岸邊翻起巨浪，可將岸邊的人捲出大海而造成傷亡。除了常見的「風浪」及「湧浪」分類外，學術上海浪亦常以其週期、生成機制及影響它們的力作分類（圖三）：

圖三 波浪依週期分類[2]。

- 表面張力波： 主要是由風產生，加上受水的表面張力作用而產生的微波，週期在0.1秒以下，能量較低，通常在風浪形成的初期出現。而週期在0.1至1秒的微波則會同時受到水的表面張力及地球重力影響，亦被稱作「超重力波」。通常我們會把週期在1秒以下的微波統稱為「漣漪」。

- 重力波： 主要是由風產生，大部分的海浪屬於這一類，週期介乎1秒至30秒，在傳播時主要受地球重力影響。這類波浪包括常見的風浪和湧浪。

- 長波： 海嘯波是長波的一種，通常由海底地震引起，波長極長，波週期約5至60分鐘，能量巨大。海嘯波可以在大洋中傳播數千公里，並在靠近岸邊淺水區域時變形，形成巨浪。此外，由熱帶氣旋引起的風暴潮亦屬長波。

- 天文潮： 潮汐漲退主要是受到月球及太陽的引力影響，週期約為12至24小時。

海浪作為一種自然現象，種類繁多，從風浪到天文潮，每一種浪都有其獨特的成因和影響。通過了解海浪的基本參數、分類及生成機制不僅對於水上活動人士至關重要，也幫助我們可以更好地預測和應對海洋及近岸環境的變化。

參考資料：[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。