海浪是发生在海洋中的一种波动现象，又称波浪。海洋波动是海水的重要运动形式之一，它的产生是外力、重力与海水表面张力共同作用的结果。

波动的基本特点：在外力作用下，水质点离开其平衡位置作周期性或准周期性的运动。由于流体的连续性，必然带动其邻近质点，导致其运动状态在空间的传播，因此运动随时间与空间的周期性变化为波动的主要特征。

引起海水波动的外力因素很多，如风、大气压力的变化、天体的引潮力、海底地震以及人为引起的船体运动等。由这些因素引起的海水波动，其周期可在极宽的范围内变化，如潮波的周期为半天至1天，海啸的周期为几十分钟，风浪的周期为几秒钟，而海水表面张力波的周期则不足1s。

本节主要介绍由风引起的重力波，重力波是风浪、涌浪和近岸波浪的总称。

风浪主要是指在风直接作用下产生的波浪；涌浪指风停止、转向或离开风区传播至无风水域的波浪；涌浪传播到浅水区，由于受到水深和地形变化的影响，发生变形，出现波浪的折射、绕射和破碎而形成近岸波浪。

我们在水中实际看到的是波能驱动水体的形态或者波形。每个波形有一些确定的参数。一个简单波形的剖面可用一条正弦曲线加以描述。如图2所示（图中对波浪幅度进行了夸张），从平均海面到海底的距离称为水深h，波浪在平均海面（静水面）上下波动，曲线的最高点称为波峰，曲线的最低点称为波谷，相邻两波峰(或波谷)之间的水平距离称为波长(λ)，相邻两波峰(或者波谷)通过某固定点所经历的时间称为周期(T)。显然，波形传播的速度c=λ/T。从波峰到波谷之间的垂直距离称为波高(H)，波高的一半a＝H/2称为振幅，是指水质点离开其平衡位置的向上(或向下)的最大垂直位移。波高与波长之比称为波陡，以δ=(H/λ)表示，在深水中δ≯1/7。

图2--波浪要素

在图3中用一个立体波浪模型能表示更多的参数，在直角坐标系中取海面为x-y平面，两根平均海面线所在平面是静止海面，设波动沿x方向传播，波峰在y方向将形成一条线，该线称为波峰线，与波峰线垂直指向波浪传播方向的线称为波向线。

图3--波峰线与波向线

海洋波动十分复杂现象，作为最低近似可以把实际的海洋波动看作是简单波动(正弦波)或简单波动的叠加，从研究简单波动入手来研究实际海洋中的波动是一种可行的方法。

波形向前传播完全是由水质点的运动而产生的，水质点仅在原地作圆周运动，并未向前移动，如图4所示，水质点以近似于圆形的轨道作圆周运动，图中橙色圆圈表示水质点运动的轨道，我们选择相隔均匀的11个水质点， m1至m9是我们主要观测的水质点。

在水表面的水质点运动半径为波浪振幅a, 水质点沿圆形轨道运动一周即波浪的一个周期T，在波浪的某一瞬间t0，每个水质点的位置如图中红色圆点所示，连接这些红点的红线就是波浪在t0时的曲线；时间经过T/8到t2，各个水质点运动到绿色点位置，连接这些绿色点的绿色线就是波浪在t2时的曲线；时间经过T/4到t3，各个水质点运动到棕色点位置，连接这些棕色点的棕色线就是波浪在t3时的曲线。

我们看到水质点的圆周运动产生了波浪向前的传播，在t3时波浪向前推进了长度为L的距离。当水质点运动一周时，波浪向前移动一个波长的距离。可看出波浪传播速度要高于水质点的速度，实际情况与图中的差别是波长相对于水质点旋转半径大很多，所以实际中波浪传播速度远高于水质点的速度。

波浪主要由海面上刮风扰动引起水质点的运动，水质点恢复平衡位置的力主要是重力，在两种力作用下水质点就会不停运动，水质点的运动又引起周邻水质点的运动，这就形成了波浪向远方传播。

下面请观看波浪形成的动画。动画中橙色圆圈表示水质点运动的轨道，红色圆点是每个水质点的位置，水质点沿轨道作顺时针圆周运动，所有水质点的运动形成波浪。

强制波指引起波浪的扰动力连续作用于水面，波动性质依赖于扰动力性质的波动。在风直接作用下产生的风浪就是一种强制波，“其外形相对于垂直轴是不对称的，见图6-2，波浪的背风面较迎风面为陡。

自由波指扰动力消失后在重力作用下继续传播的波浪，其性质已不完全依赖于原有的扰动力，如图4与动画演示的就是自由波。如风停止后海面上继续存在的波浪或离开风区传播至无风水域上的涌浪就是一种自由波。涌浪的外形比较规则，波面光滑，排列较整齐，波峰线较长。涌浪在传播中周期和波长逐渐增加，波高逐渐减小，波长比波高大数十至数百倍。无风时我们在海边看到的就是涌浪。

海面上还经常遇到风浪与风区外传播来的涌浪相迭加而成的波浪，称为混合浪。

水质点在运动过程中恢复到平衡位置的复原力以表面张力为主时称为毛细波或表面张力波，如海面上刚起风，或风力很小时海面上出现的微小皱曲的涟波就是毛细波，其周期常小于1s。当波浪尺度较大时，水质点恢复平衡位置的力主要是重力，这种波浪称为重力波，如风浪、涌浪、地震波以及船行波等。

长周期波主要指日、月引力造成的潮波，还包括大洋涌浪、海湾风壅振荡等周期较长的波动，其复原力是重力及科氏力。不过这些波通常还带有水质点的移动，甚至形成海流，在本栏目不讨论长周期波。

   3、前进波和驻波

在水深h大于半波长的水域中传播的波浪称为深水前进波（简称深水波）。深水波不受海底的影响，其水质点运动轨迹接近于圆形，且波动主要集中于海面以下一定深度的水层内，又常称为短波。深水波愈向下水质点运动半径愈小，呈指数下降，到一定深度，水是静止的，见图6左图（为能显示全部状态，图在水深方向缩短了，上面是波形线也仅为示意），图中绿色圈是水质点的运动轨迹。

当深水波传至水深h小于半波长的水域时，开始转为中等深度前进波（简称中等深度波）。受海底摩擦的影响，水质点运动轨迹变为椭圆，图6中图是中等深度前进波的情况，图6右图是进入更浅的水域，水深h小于四分之一波长时变为浅水前进波（简称浅水波），水质点进入以往复运动为主的状态。

在一个波周期内，水质点运动的轨迹是封闭的或接近于封闭，即水质点仅在原地作振荡运动，这种波动称为振荡波，前面讨论的风浪、涌浪等是振荡波。

如果在一个波周期内，水质点有明显位移，称为推移波。

 在海洋中风大时，波陡达到一定值，波浪开始破碎见图7。

下表是按周期分类的海浪主要参数，表格来自网络，供大家参考。

波浪能是由风把能量传递给海洋而产生的，它实质上是吸收了风能而形成的。海洋占地球表面的70%，是最大的风能吸收器，能量传递速率和风速有关，也和风与水相互作用的距离有关。波浪能储量巨大。在每平方公里的海面上，运动着的海浪约蕴藏30万千瓦的能量，全球可供开发的波浪能约30亿千瓦。

海洋波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能，由垂直于波浪方向的每米宽度所通过的能量速率（功率）来表征，单位为kw/m,也称为波浪能密度。波浪能密度很大，按海岸线长度计算，在太平洋、大西洋东海岸纬度40°~60°区域，波浪能平均密度可达到30~70kW／m，某些地方达到100kW／m，所以波浪能具有很大的开发应用价值。

波浪的能量与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比，大约95%的波浪能包含在水面与深度为1/4波长的水层里。 海浪能发电装置可谓五花八门，无非是利用波浪运动的位能差、往复力、浮力产生动力，主要的利用方法有三种：

1. 利用海洋波浪推动转换装置上下运动带动发电机发电；

2. 利用海洋波浪推动转换装置前后摆动带动发电机发电；

3. 把大波浪的低压水变为小体积高压水送入高位水池积蓄起来，再推动下方水轮发电机发电。