파도

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.

1. 개요
2. 파도의 종류
3. 파도의 특성
4. 파도의 영향
- 4.1. 연안류와 이안류
- 4.2. 해안 지형 및 생태계 영향
5. 파도의 물리학
6. 파도 예측
7. 파도와 문화
8. 다른 매질에서의 파동
참조

1. 개요

파도는 물과 공기의 경계면에서 발생하는 중력파의 일종으로, 바람, 선박, 지진 등 다양한 원인에 의해 발생하며, 풍랑, 너울, 쓰나미, 조석파, 항적파 등으로 분류된다. 파도는 수심에 따라 심해파, 천해파, 천이파로 구분되며, 크기에 따라 거대파, 삼각파 등으로 나뉘기도 한다. 파도는 해안 지형과 생태계에 영향을 미치며, 연안류, 이안류를 발생시키기도 한다. 파도의 특성은 풍속, 해역, 지속 시간, 수심 등 다양한 요소에 의해 결정되며, 파고, 파장, 주기 등의 관계를 통해 물리학적으로 설명된다. 파도는 굴절, 회절, 반사, 투과 등의 성질을 가지며, 파도 예보를 통해 파고, 파향, 주기 등을 예측할 수 있다. 파도는 해양 레저 활동, 예술 작품, 심리적 안정 등 다양한 문화적 요소와 관련이 있으며, 소리, 빛, 전자기파, 지진파 등 다른 매질에서도 파동이 발생한다.

더 읽어볼만한 페이지

해파 - 세이시
세이시는 바람, 기압, 지진, 쓰나미 등의 요인으로 밀폐된 수역에서 발생하는 공명 현상으로, 수면의 수직 조화 운동에 의해 수위가 주기적으로 변동하며 선박 및 연안 구조물에 피해를 줄 수 있다.
해파 - 중복파
중복파 또는 클라포티스는 파장이 같고 진행 방향이 반대인 두 파동이 만나 형성되는 정상파의 일종으로, 해저 침식 및 구조물 파괴를 초래하고 인프라음파 및 미소지진을 발생시키며 바다 카약에 영향을 줄 수 있다.
물리해양학 - 엘니뇨
엘니뇨는 2~7년 주기로 동태평양 해수면 온도가 높아지는 기후 현상으로, 전 지구적 기후와 지역별 기상 이변, 경제 및 사회, 생태계에 광범위한 영향을 미친다.
물리해양학 - 심해
심해는 수심 200m 이상의 깊은 바다로, 태양광이 희박하고 높은 수압, 낮은 수온, 부족한 영양분 등 극한 환경을 가지며, 독특한 심해 생물과 생태계가 존재하지만 최근 인간 활동으로 위협받고 있고, 탐사를 통해 새로운 종과 자원이 발견되고 있다.
해안지리학 - 암초
암초는 물속에 잠겨있는 바위를 의미하며, 기원, 지리적 위치, 수심 등에 따라 분류되고, 해양법상 영해 등의 권한을 결정하는 중요한 요소이다.
해안지리학 - 갯벌
갯벌은 조류에 의해 운반된 퇴적물이 쌓여 형성된 평탄한 지형으로, 생물 다양성 유지, 오염 물질 정화, 해안 침식 방지 등의 기능을 수행하지만 간척 사업으로 면적이 감소하여 보존 및 복원 노력이 필요하며 한국 서해안과 남해안에 넓게 분포한다.

파도
일반 정보
파도의 구성 요소
파고	파도의 마루에서 골까지의 수직 거리
파장	파도의 마루에서 다음 마루까지의 수평 거리
주기	파도의 마루가 한 지점을 통과하는 시간 간격
진동수	단위 시간당 파도의 수
파속	파도가 전파되는 속도
해상 상태	바람, 파도, 너울의 종합적인 상태
생성 요인
주된 요인	바람
기타 요인	지진 해저 화산 폭발 쓰나미
파도의 종류
진행 위치에 따른 분류	심해파 천해파
복원력에 따른 분류	중력파 모세관파
생성 원인에 따른 분류	바람파 지진해일 (쓰나미) 배후파 항적파
파도의 역학
심해파	수심이 파장의 1/2보다 깊은 곳에서 전파되는 파동
천해파	수심이 파장의 1/20보다 얕은 곳에서 전파되는 파동
해안에서의 파도 변화
굴절	파도의 진행 방향이 바뀌는 현상
회절	파도가 장애물을 돌아 진행하는 현상
반사	파도가 장애물에 부딪혀 되돌아오는 현상
파도 예측
파고 예측	다양한 모델과 데이터를 기반으로 파고를 예측
파주기 예측	다양한 모델과 데이터를 기반으로 파주기를 예측
파향 예측	다양한 모델과 데이터를 기반으로 파향을 예측
파도의 활용
에너지원	파력 발전
해양 레저	서핑 윈드서핑 카이트서핑
관련 용어
너울	바람의 영향을 거의 받지 않는 파도
백파	파도가 붕괴하며 하얗게 부서지는 현상
해일	기상 변화로 인해 해수면이 상승하는 현상
쓰나미	지진 해일
조석	달과 태양의 인력에 의해 발생하는 해수면의 주기적인 변화

2. 파도의 종류

파도는 발생 원인, 파장, 주기, 수심 등에 따라 다양하게 분류된다.

시간이 경과함에 따라 발전하는 파도의 종류는 세 가지가 있다.

표면장력파
해파(海波)
너울

해황에서 다른 파도보다 훨씬 높은 개별적인 파도가 발생할 수 있는데, 이를 괴물 파도(또는 "프리크 파도", "몬스터 파도", "킬러 파도", "킹 파도"라고도 함)라고 한다. 드로프너 파도의 경우, 높이는 유의 파고의 2.2배였다.

해양 파도는 파도를 생성하는 교란력, 파도 형성 후 교란력이 파도에 계속 영향을 미치는 정도, 복원력이 파도를 약화시키거나 평탄하게 만드는 정도, 파장 또는 주기에 따라 분류할 수 있다.^[17]

파도 종류	일반적인 파장	교란력	복원력
모세관파	2 cm 미만	바람	표면 장력
풍파		바다 위 바람	중력
세이시	크고, 가변적; 분지 크기에 따라 다름	대기압 변화, 폭풍 해일	중력
쓰나미		해저 단층, 화산 폭발, 산사태	중력
조석	지구 둘레의 절반	중력 인력, 지구 자전	중력

2. 1. 발생 원인에 따른 분류

바람에 의해 직접 발생하는 파도를 '''풍랑'''이라고 하며, 파도의 윗부분이 뾰족한 삼각형 형태를 띤다.^[45] 다른 해역에서 발생한 파도가 전달되어 온 것을 '''너울'''이라고 하는데, 풍랑보다 주기와 파장이 길고 파도의 경사가 완만하다.^[46]

선박 등이 항해하면서 후방에 만드는 파도는 항적파라고 부른다.^[45]

지진에 의해 발생하는 파도는 '''쓰나미'''라고 한다. 쓰나미는 장파의 성질을 가지며, 진행 속도는 중력 가속도와 수심의 곱의 제곱근이 된다.^[45]

다방향에서 오는 파도가 합성되어 생기는 피라미드 모양의 파도를 '''삼각파'''라고 한다.

2. 2. 크기에 따른 분류

확률적으로 발생 빈도는 낮지만, 파고가 상당히 큰 파도, 또는 절대적인 관점에서 파고가 거대한 파도를 '''거대파'''라고 부르며 분류한다. 여러 방향에서 오는 파도가 합성되어 생기는 피라미드 모양의 파도를 '''삼각파'''라고 한다.^[45]

2. 3. 수심에 따른 분류

파도는 수심에 따라 다음과 같이 분류된다.

'''심해파'''(沖波, deep water wave^영어): 수심이 파장의 절반보다 깊은 곳에서 발생한다. 물 입자는 원운동을 하며, 파도의 에너지가 해저에 닿지 않아 속도 감소가 거의 없다.
'''천해파''' (wave in transitional depth^영어): 수심이 파장의 1/20보다 얕은 곳에서 발생한다. 물 입자는 타원 운동을 하며, 해저의 영향으로 파도의 속도가 감소하고 파장이 짧아진다.
'''극천해파'''(장파, shallow water wave^영어, long wave^영어): 천해파보다 수심이 더 얕은 곳에서 발생한다.

심해파와 천해파의 중간 영역에서 발생하는 파도는 '''천이파'''라고 불리며, 복잡한 물 입자 운동을 보인다.

일반적으로 파장이 길수록 파도의 에너지가 물을 더 빠르게 통과한다. 파도의 속도(C), 파장(L), 주기(T)의 관계는 다음과 같다.

:::

C = {L}/{T}

심해파의 속도는 다음과 같이 근사할 수 있다.

:::

C = \sqrt

여기서 g는 중력 가속도이며, 초당 9.8m이다.

천해파의 속도는 다음과 같다.

:::

C = \sqrt{gd} = 3.1\sqrt{d}

여기서 d는 수심(미터)이다. 파도의 주기는 수심에 관계없이 일정하지만, 심해파가 얕은 곳으로 이동하면 속도가 감소하고 파장이 짧아진다.

3. 파도의 특성

파랑 상태는 '''해양 파랑 스펙트럼'''(또는 간단히 '''파랑 스펙트럼''')으로 설명할 수 있다. 파랑 스펙트럼은 '''파고 스펙트럼'''(WHS)과 '''파향 스펙트럼'''(WDS)으로 구성되며, 이를 통해 해양 상태에 대한 여러 특성을 파악할 수 있다.

WHS는 파고 분산("전력")의 스펙트럼 밀도를 파동수에 따라 나타낸다. 대표적인 WHS 모델은 다음과 같다.

국제 예인 탱크 회의(ITTC)의 완전 발달 해양에 대한 권장 스펙트럼 모델 (ISSC 스펙트럼/수정된 피어슨-모스코위츠 스펙트럼)^[18]^[19]^[20]
ITTC가 권장하는 제한된 유효거리에 대한 스펙트럼 모델 (JONSWAP 스펙트럼)^[21]

WDS의 예시 모델은 다음과 같다.

:

f(\Theta) = \frac{2}{\pi}\cos^2\Theta, \qquad -\pi/2 \le \Theta \le \pi/2

일부 파도는 "브레이킹"이라는 현상을 보인다.^[24] 브레이킹 웨이브는 파도의 밑면이 더 이상 윗부분을 지탱하지 못해 붕괴되는 현상이다. 파도는 얕은 물에 부딪히거나, 서로 반대 방향으로 작용하는 두 파동 시스템이 힘을 합칠 때 부서진다. 쇄파에 대한 자세한 내용은 하위 섹션인 "쇄파"를 참조한다.

3. 1. 풍파와 너울

풍파(風波)는 바람이 직접 해수면에 작용하여 발생하는 파도로, 파장이 짧고 산이 뾰족한 형태를 띤다. 반면 너울은 바람의 영향이 없는 곳까지 전달된 파도로, 파장이 길고 산이 둥근 것이 특징이다.^[45] 일본 기상청에서는 너울을 "멀리 떨어진 태풍 등에 의해 만들어진 파도가 전달되어 온 것으로, 매끄러운 파면을 가지고, 파장이 긴 규칙적인 파도"라고 정의한다.^[46]

풍파는 바람의 세기, 지속 시간, 그리고 바람이 불어오는 거리(취송 거리)에 따라 발달한다. 예를 들어, 동해는 겨울철 북서 계절풍의 영향을 받는 거리가 길어 높은 파도가 발생하기 쉽다. 먼바다에서는 주로 풍파가 관찰되며, 흰 포말을 일으키며 부서지는 경향이 있다. 반면 해안가에서는 너울이 주로 관찰되며, 규칙적인 행렬을 이루며 밀려와 해안선을 따라 일직선으로 포말을 만들며 사라진다.^[46]

바람이 강해질수록 풍랑의 높이는 커지는 경향이 있으며 외형도 변화한다. 무풍으로 파도가 없는 상태를 나기라고 부르며, 해면은 거의 평탄해진다. 이러한 상태는 "거울 같은 해면"이라고도 표현된다. 바람이 희미하게 불면 작은 파도(잔물결)가 인다. 풍속이 수 미터 정도가 되면 파도의 정점 부분인 파두의 물이 바람에 날려, 시야를 넓게 보면 해면 전체에 흰 부분이 띄엄띄엄 움직이는 것처럼 보인다. 일본에서는 지역에 따라 이 상태를 "토끼가 뛴다"라고 표현한다.

다음은 주어진 풍속에서 완전 발달한 바다에 필요한 조건 및 결과 파도의 매개변수를 나타낸 표이다.

풍속 조건			파도 크기
한 방향으로의 풍속	해역	풍속 지속 시간	평균 높이	평균 파장	평균 주기 및 속도
		2 시간			3.0 초, 10.2km/h
		10 시간			5.7 초, 21.4km/h
		23 시간			8.6 초,
		42 시간			11.4 초, 42.9km/h
		69 시간			14.3 초, 53.4km/h
참고: 파장을 주기로 나눈 값에서 계산된 대부분의 파동 속도는 파장의 제곱근에 비례한다. 따라서 가장 짧은 파장을 제외하고 파도는 심해 이론을 따른다. 약 8.53m 길이의 파도는 얕은 물 또는 중간 깊이에 있어야 한다.

해양 표면파의 위상: 1. 파봉(Wave Crest), 2. 쇠퇴하는 파. 3. 파저(Trough), 4. 상승하는 파.

3. 2. 파고와 확률

기상 예보에서 말하는 "파고"는 특정 시간 동안 관측된 파도 중 높은 순서대로 1/3에 해당하는 파도의 평균 높이인 '유의파고'를 의미한다.^[47] 유의파고는 인간이 육안으로 파도를 보았을 때 느끼는 파도의 높이와 가깝다.^[47]

하지만 유의파고보다 더 큰 파도가 발생할 확률도 있다.^[47] 예를 들어 1,000개의 파도 중 1개는 유의파고의 약 2배에 달하는 파도가 발생할 수 있다.^[47] 이처럼 확률적으로 드물게 발생하는 높은 파도를 너울성 파도라고 부른다.^[47]

3. 3. 천해 변형

파도가 깊은 물에서 얕은 물로 이동하면서 형태가 변한다. 파고는 높아지고, 속도는 느려지며, 파장은 짧아진다. 이러한 현상을 천퇴라고 한다.

파랑 굴절은 파도가 해저와 상호 작용하여 파장과 주기에 따라 파도의 전파 속도가 느려지는 과정이다. 파도가 얕은 물에서 속도가 느려지면, 마루는 수심 등고선에 대해 감소하는 각도로 재정렬되는 경향이 있다. 파랑 마루를 따라 깊이가 달라지면 마루가 다른 위상 속도로 이동하게 되며, 더 깊은 물에 있는 파도 부분이 얕은 물에 있는 파도보다 더 빠르게 이동한다. 이 과정은 수심이 감소하는 동안 계속되며, 다시 증가하면 반전되지만 천퇴 지역을 떠나는 파도는 방향이 상당히 변경될 수 있다. 고정된 양의 에너지 플럭스가 포함된 파랑 마루에 수직인 선인 광선은 지역 얕은 곳과 천퇴로 수렴한다. 따라서 광선 사이의 파랑 에너지는 수렴하면서 집중되어 파고가 증가한다.

이러한 효과는 위상 속도의 공간적 변화와 관련이 있으며, 위상 속도는 주변 해류에 따라 도플러 효과로 인해 변하기도 하기 때문에, 굴절 및 파고 변화와 같은 효과도 해류 변화로 인해 발생한다. 역류를 만나는 경우 파도는 '급해진다'. 즉, 수심이 감소할 때 천퇴와 유사하게 파장은 감소하는 동안 파고가 증가한다.^[23]

파도는 먼바다에서 해안에 가까워질수록 형태가 바뀐다. 수심이 얕아짐에 따라 파고는 커지고 파장은 짧아진다. 먼바다에서의 파고를 ''H''₀로 했을 때, ''K_s'' = ''H''/''H''₀를 천수계수(淺水係數)라고 하며, 파고의 증감 정도를 나타낸다.

3. 4. 쇄파

Breaking wave^영어는 밑면이 더 이상 상단을 지탱할 수 없어 붕괴되는 파도이다.^[24] 파도는 얕은 물에 부딪히거나, 두 파동 시스템이 반대 방향으로 작용하여 힘을 합칠 때 부서진다. 파도의 경사, 즉 가파른 정도의 비율이 너무 클 때 부서짐은 피할 수 없다.

깊은 물에서의 개별 파도는 파도의 가파른 정도, 즉 파고(''H'')와 파장(''λ'')의 비율이 약 0.17을 초과할 때 부서진다. 즉, ''H'' > 0.17 ''λ''이다. 얕은 물에서는 수심이 파장에 비해 작을 때 개별 파도는 파고 ''H''가 수심 ''h''의 0.8배보다 클 때 부서진다. 즉, ''H'' > 0.8 ''h''이다.^[25] 파도는 또한 바람이 너무 강해져 파도의 꼭대기를 바닥에서 날려 버릴 때 부서질 수 있다.

얕은 물에서는 파도의 밑면이 해저의 저항으로 인해 감속된다. 그 결과 윗부분은 밑면보다 더 높은 속도로 전파되며, 꼭대기의 앞면은 더 가파르게 되고 뒷면은 더 평평해진다. 이는 앞면이 배럴 모양을 형성하여 꼭대기가 파도 앞의 공중으로 뻗어 나가면서 앞으로 아래로 떨어지는 정도로 과장될 수 있다.

서퍼 또는 해상 구조대에 의해 식별되는 세 가지 주요 유형의 breaking wave^영어는 다음과 같다.

종류	설명	특징	위험성
Spilling or rolling^영어	비교적 평평한 해안선이 있는 대부분의 지역에서 찾을 수 있다. 가장 흔한 유형의 해안 파도이다.	파도 기저부의 감속은 점진적이며, 윗부분의 속도는 높이에 따라 크게 다르지 않다. 부서짐은 가파른 정도의 비율이 안정성 한계를 초과할 때 주로 발생한다. 서핑하기에 가장 안전한 파도이다.	비교적 안전
Plunging or dumping^영어	암초나 모래톱과 같이 해저가 갑자기 솟아오르는 곳에서 자주 발견된다. 강한 역풍과 긴 파도 주기는 덤퍼를 유발할 수 있다.	파도 기저부의 감속은 상향 가속과 꼭대기의 윗부분의 상당한 전방 속도 초과를 유발하기에 충분하다. 봉우리가 솟아 앞면을 따라잡아 붕괴될 때 "배럴" 또는 "튜브"를 형성한다. 숙련된 서퍼가 선호하는 파도이다.	갑자기 부서지며 수영자를 엄청난 힘으로 바닥으로 밀어 넣는 "덤핑" 현상이 발생할 수 있다.
Surging^영어	가파른 해안선에서 형성되는 경향이 있다.	물밑이 매우 깊어 물가에 접근할 때 실제로 부서지지 않을 수 있다.	수영자를 넘어뜨리고 더 깊은 물로 끌고 갈 수 있다.

해안선이 거의 수직일 때 파도는 부서지지 않고 반사된다. 대부분의 에너지는 바다 쪽으로 돌아갈 때 파도에 유지된다. 간섭 패턴은 입사파와 반사파의 중첩에 의해 발생하며, 중첩은 봉우리가 교차할 때 국부적인 불안정성을 유발할 수 있으며, 이러한 봉우리는 불안정성으로 인해 부서질 수 있다.

4. 파도의 영향

파도는 해안의 지형과 생태계에 큰 영향을 미친다. 모래사장은 파도에 의해 끊임없이 변화하고, 암벽은 파도에 침식된다. 파도가 밀려오는 곳을 파도 해안선이라고 한다.^[48]

4. 1. 연안류와 이안류

파도는 연안선의 경사에 따라 연안선을 따라 흐르는 흐름을 만드는데, 이를 연안류라고 한다. 연안류는 해안의 모래 이동에 중요한 영향을 미친다.^[1]

이안류는 파도가 해안선에 평행하게 접근하는 특성 때문에 발생한다. 파도가 경사진 곳으로 들어오거나 해안선에 직각으로 접근할 때, 많은 양의 바닷물이 해안으로 밀려온다. 이때 좁은 폭을 통해 바닷물이 빠르게 바다로 빠져나가는 흐름이 이안류이다.^[1] 이안류는 해수욕 중 조난 사고의 주요 원인이다. 만약 이안류에 휩쓸리면, 당황하지 않고 해안선과 평행하게 헤엄쳐서 이안류에서 벗어난 후, 해안으로 돌아와야 한다.^[1]

4. 2. 해안 지형 및 생태계 영향

파도는 해안의 지형에 큰 영향을 미친다. 모래사장의 형태는 파도의 영향을 받아 끊임없이 변화한다. 암벽에 끊임없이 밀려드는 파도는 암벽을 침식해 간다. 또한, 파도는 해안의 생물, 생태계에도 큰 영향을 준다. 파도가 밀려오는 곳을 파도 해안선이라고 한다.^[48]

교토 대학교 방재연구소 교수인 모리 노부토(森信人) 등의 연구에 따르면, 지구 온난화는 해수면 상승뿐만 아니라 대기의 대류를 촉진하여 바람에 의한 파도의 에너지를 증대시키고, 모래 해변 등 해안의 지형과 생태계에 큰 영향을 미친다고 경고하고 있다.^[49]

5. 파도의 물리학

파도는 물과 공기의 경계면에서 발생하는 표면파이며, 중력에 의해 복원되는 중력파의 일종이다. 바람이 불면 압력과 마찰이 수면의 평형을 교란시키고 공기에서 물로 에너지를 전달하여 파동을 형성한다.^[26]^[27]

깊은 물에서 한 파장의 선형 평면파에서 표면 근처의 유체 덩어리는 원형 궤도로 움직인다. 위쪽으로 앞으로, 아래쪽으로 뒤로 움직인다(파동 전파 방향에 비해). 결과적으로 수면은 사인파가 아닌 트로코이드를 형성한다. 이는 트로코이드파 이론에서 모델링된다. 따라서 풍파는 가로파와 세로파의 조합이다. 파동이 얕은 물에서 전파될 때(수심이 파장의 절반보다 작을 때) 입자 궤적은 타원으로 압축된다.^[29]^[30]

실제로는 파동 진폭(높이)의 유한한 값의 경우 입자 경로는 닫힌 궤도를 형성하지 않으며, 각 파봉이 통과한 후 입자는 이전 위치에서 약간 이동하며, 이를 스토크스 드리프트라고 한다.^[31]^[32]

파동 수로에서 진동하고 주기적인 표면 중력파 아래의 물 입자 궤도의 사진

자유 표면 아래의 깊이가 증가함에 따라 원형 운동의 반경이 감소한다. 파장 λ의 절반과 같은 깊이에서 궤도 운동은 표면에서의 값의 5% 미만으로 감소했다. 표면 중력파의 위상 속도(속도)는 다음과 같이 근사된다.

:

c=\sqrt{\frac{g \lambda}{2\pi} \tanh \left(\frac{2\pi d}{\lambda}\right)}

여기서

:''c'' = 위상 속도;

:''λ'' = 파장;

:''d'' = 수심;

:''g'' = 지구 표면의 중력 가속도.

깊은 물에서는

d \ge \frac{1}{2}\lambda

이므로

\frac{2\pi d}{\lambda} \ge \pi

이고 쌍곡선 탄젠트가

1

에 접근하므로 속도

c

는 다음과 같이 근사한다.

:

c_\text{deep}=\sqrt{\frac{g\lambda}{2\pi}}.

SI 단위에서

c_\text{deep}

가 m/s이고

c_\text{deep} \approx 1.25\sqrt\lambda

일 때

\lambda

는 미터로 측정된다.

이 식은 파장이 다른 파동이 다른 속도로 이동한다는 것을 알려준다. 폭풍에서 가장 빠른 파동은 파장이 가장 긴 파동이다. 결과적으로 폭풍이 지난 후 해안에 가장 먼저 도착하는 파동은 장파 파도이다.

중간 및 얕은 수심의 경우, 부시네스크 방정식은 주파수 분산과 비선형 효과를 결합하여 적용할 수 있다. 그리고 매우 얕은 물에서는 얕은 수심 방정식을 사용할 수 있다.

파장이 수심에 비해 매우 길면 위상 속도는 다음과 같이 근사할 수 있다.

:

c_\text{shallow} = \lim_{\lambda\rightarrow\infty} c = \sqrt{gd}.

반면에, 매우 짧은 파장의 경우 표면 장력이 중요한 역할을 하며 이러한 중력-모세관파의 위상 속도는 (깊은 물에서) 다음과 같이 근사할 수 있다.

:

c_\text{gravity-capillary}=\sqrt{\frac{g \lambda}{2\pi} + \frac{2\pi S}{\rho\lambda}}

여기서

:''S'' = 공기-물 경계면의 표면 장력;

:

\rho

= 물의 밀도.^[33]

여러 파열차가 존재할 때, 파동이 그룹을 형성한다. 깊은 물에서 그룹은 군속도로 이동하며, 이는 위상 속도의 절반이다.^[34] 그룹에서 단일 파동을 따라가면 파동이 그룹 뒤에서 나타나 증가하고 결국 그룹 앞에서 사라지는 것을 볼 수 있다.

수심

d

가 해안으로 감소함에 따라 파고 변화 및 굴절으로 인해 파고가 변경된다. 파고가 증가함에 따라 파동의 파마루가 파골보다 빠르게 움직이면 파동이 불안정해질 수 있다. 이것은 파도의 서핑을 일으킨다.

풍파의 움직임은 파력으로 포착할 수 있다. 규칙적인 정현파의 에너지 밀도(단위 면적당)는 물의 밀도

\rho

, 중력 가속도

g

및 파고

H

에 따라 달라진다.

:

E=\frac{1}{8}\rho g H^2=\frac{1}{2}\rho g a^2.

이 에너지의 전파 속도는 군속도이다.

일부 분야에서는 물의 파도, 그중에서도 파도가 부서지지 않는 것을 "수면파"라는 용어로 부르기도 한다. 수면파는 물리학적으로 설명할 때, 파동의 일종으로 간주된다. 수면파도 다른 파동과 마찬가지로 굴절, 회절, 반사, 투과, 감쇠 등의 성질을 갖는다.

유체역학에서의 연속 방정식인 라플라스 방정식은 어떤 가설 및 경계 조건 하에서 풀 수 있다. 즉, 파도의 진폭이 미소하다는 것, 해수가 완전 유체 (비압축성·비점성)라는 것 등의 가설, 그리고 해저·수면에서의 역학적·운동학적 경계 조건으로부터 속도 포텐셜 ''φ''(''x'', ''z'', ''t'')을 구하면 다음과 같다.

:

\varphi=-\frac{Hg}{2\omega}\frac{\cosh k(h+z)}{\cosh kh}\sin (kx-\omega t)

''H''는 파고, ''ω''는 각진동수 (=2''π''/''T''), ''k''는 파수 (=2''π''/''L''), cosh는 쌍곡선 코사인 함수이다.

수심이 깊은 곳의 파도에서, 수면의 입자가 보이는 운동 (빨간 점의 운동)

360px

속도 포텐셜을 미분하면 속도가 구해지며, 이 식으로부터 해수의 물 입자는 타원 궤도를 그리며 운동하고 있으며, 심해파에서는 원 궤도에 가까워진다는 것을 알 수 있다.

또한, 물 입자가 수면에서 튀어 오르지 않고 수면의 움직임을 추종하는 것 (수면에서의 운동학적 경계 조건이라고 한다)으로부터, 분산 관계식

:

\omega^2 = gk \tanh kh \,

이 얻어진다. tanh는 쌍곡선 탄젠트 함수이다.

6. 파도 예측

파도 예보는 수치 모델을 이용하여 해상풍, 기압 등의 기상 요소를 예측하고, 이를 바탕으로 파고, 파향, 주기 등을 계산한다. 서퍼들은 파도 예보에 매우 관심이 많으며, 앞으로 며칠, 몇 주 동안의 서핑 품질에 대한 예측을 제공하는 웹사이트가 많이 있다. 이러한 풍랑 모델은 해양, 바다 및 호수 위의 풍속과 기압을 예측하는 더 일반적인 날씨 모델에 의해 구동된다.^[35]

풍랑 모델은 해안 방어 및 해변 복원 제안의 영향을 조사하는 데에도 중요한 역할을 한다. 많은 해변 지역에 파랑 기후에 대한 단편적인 정보만 존재하므로, 풍랑의 영향을 추정하는 것은 연안 환경을 관리하는 데 중요하다.

이 이미지는 1992년 10월 3일부터 10월 12일까지 NASA의 TOPEX/Poseidon 듀얼 주파수 레이더 고도계로 관측한 전 세계 풍속 및 파고 분포를 보여준다. 풍속과 파고의 동시 관측은 과학자들이 해양 파도를 예측하는 데 도움이 된다.

풍속은 레이더 신호가 해수면에서 반사되어 위성으로 돌아온 후의 강도에 의해 결정된다. 잔잔한 바다는 좋은 반사체 역할을 하여 강한 신호를 반환하고, 거친 바다는 신호를 분산시키는 경향이 있어 약한 펄스를 반환한다. 파고는 반환 레이더 펄스의 모양에 의해 결정된다. 낮은 파도의 잔잔한 바다는 응축된 펄스를 반환하고, 높은 파도의 거친 바다는 늘어난 펄스를 반환한다. 풍속과 파고 사이에는 높은 상관관계가 있으며, 가장 강한 바람(33.6mph)과 가장 높은 파도는 남극해에서 발견된다. 가장 약한 바람은 일반적으로 열대 해역에서 발견된다.

풍랑은 해수면 10m 높이의 풍속과 풍속 지속 시간이라는 두 가지 매개변수를 기반으로 예측할 수 있으며, 완전 발달된 것으로 간주되려면 장기간 불어야 한다. 그런 다음 유의 파고와 피크 주파수를 특정 런 길이에 대해 예측할 수 있다.^[35]

7. 파도와 문화

파도는 인간에게 중요한 놀이 상대이며, 해수욕, 서핑, 보디보드, 윈드서핑 등 파도를 몸으로 느끼며 즐기는 사람들이 많다.^[4]

파도는 시각적 요소로도 사람들을 매료시키는데, 세계적으로 파도를 테마로 추구하는 화가와 사진 작가들이 많으며, 대형 서점에는 파도 사진집이 보통 여러 종류 진열되어 있다.^[4]

파도 소리는 파도 소리라고 불리며, 적절한 규칙성과 불규칙성인 "요동"을 포함하고 있어 사람들을 매료시킨다. 잔잔한 파도 소리가 숙면에 도움을 준다는 의견이 있어, 최근에는 바다와 멀리 떨어진 도시 사람들을 위해 파도 소리를 녹음한 CD도 판매되고 있다.^[4]

8. 다른 매질에서의 파동

물의 파동과 유사한 현상은 자연계에서 널리 발견된다.^[58] 소리, 빛, 전자기파 등이 그 예이다.^[58]

물리학 등에서는 소리, 빛, 전자기파 등의 파동을 "파동"이라는 용어로 표현한다.^[58] 중력파, 지진파, 편서풍 파동 (대기 순환에서 보이는 현상) 등도 파동의 예시이다.^[58]

해파에 의해 발생한 미세한 파동은 맥동이라고 하며, 지진계로 관측할 수 있다.

참조

_[1] 서적 CBMS Conference Proceedings on Water Waves: Theory and Experiment http://polar.ncep.no[...] World Scientific Publications 2010-06-23
_[2] 문서 quote needed 2024-05-00
_[3] 학술지 The Growth of Wind-Waves in Titan's Hydrocarbon Seas
_[4] 학술지 Cassini/VIMS observes rough surfaces on Titan's Punga Mare in specular reflection 2014-08-21
_[5] 학술지 Tidal Currents Detected in Kraken Mare Straits from Cassini VIMS Sun Glitter Observations 2020-08-14
_[6] 서적 Wind generated ocean waves Elsevier
_[7] 서적 Marine climate change: Ocean waves, storms and surges in the perspective of climate change Springer
_[8] 학술지 On the generation of waves by turbulent wind 2006
_[9] 학술지 On the generation of surface waves by shear flows 2006
_[10] 웹사이트 Chapter 16, ''Ocean Waves'' http://oceanworld.ta[...] 2013-11-12
_[11] 학술지 Measurements of wind-wave growth and swell decay during the Joint North Sea Wave Project (JONSWAP) https://www.research[...]
_[12] 학술지 A proposed spectral form for fully developed wind seas based on the similarity theory of S. A. Kitaigorodskii 1964-12-15
_[13] 웹사이트 Know the risks: Waves https://rnli.org/saf[...] 2024-08-31
_[14] 학술지 Were extreme waves in the Rockall Trough the largest ever recorded?
_[15] 학술지 Monstrous ocean waves during typhoon Krosa 2008-06-11
_[16] 학술지 Proceedings 1st International Conference on Coastal Engineering http://journals.tdl.[...] American Society of Civil Engineers
_[17] 서적 Oceanography: An Invitation to Marine Science Yolanda Cossio
_[18] 웹사이트 International Towing Tank Conference (ITTC) http://ittc.sname.or[...] 2010-11-11
_[19] 문서 International Ship and Offshore Structures Congress
_[20] 학술지 A proposed spectral form for fully developed wind seas based on the similarity theory of S A Kitaigorodskii
_[21] 학술지 A unified directional spectrum for long and short wind-driven waves http://archimer.ifre[...] 1997-07-15
_[22] 학술지 Directional seas should be ergodic
_[23] 학술지 Radiation stresses in water waves; a physical discussion, with applications
_[24] 서적 Advances in Robotics and Virtual Reality https://books.google[...] Springer Science & Business Media 2011-11-13
_[25] 서적 Coastal processes with engineering applications Cambridge University Press
_[26] 학술지 On the generation of waves by turbulent wind
_[27] 학술지 On the generation of surface waves by shear flows
_[28] 학술지 Proceedings 1st International Conference on Coastal Engineering http://journals.tdl.[...] American Society of Civil Engineers
_[29] 서적 Hydrodynamics Cambridge University Press
_[29] 서적 Fluid mechanics Pergamon Press
_[30] 웹사이트 http://www.coastal.u[...] 2017-11-14
_[31] 문서 the original paper by Stokes
_[32] 학술지 Limiting gravity waves in water of finite depth
_[32] 서적 Tables of progressive gravity waves Pitman
_[33] 서적 Physics Handbook for Science and Engineering Studentliteratur
_[34] 웹사이트 http://musr.physics.[...] 2000-03-12
_[35] 서적 Coastal hydraulics John Wiley & Sons, New York
_[36] 웹사이트 Peter Bormann. Seismic Signals and Noise http://www.earth.nor[...] 2012-03-08
_[37] 논문 How ocean waves rock the Earth: two mechanisms explain seismic noise with periods 3 to 300 s https://www.research[...]
_[38] 저널 Sur certaines proprietes de la boule etudiees a l'aide des enregistrements seismographiques
_[39] 저널 A theory of the origin of microseisms
_[40] 저널 A recent increase in global wave power as a consequence of oceanic warming 2019
_[41] 저널 Multidecadal climate-induced variability in microseisms 2008
_[42] 저널 Climate-Induced Decadal Ocean Wave Height Variability From Microseisms: 1931–2021 2023
_[43] 저널 Increasing ocean wave energy observed in Earth's seismic wavefield since the late 20th century 2023
_[44] 서적 広辞苑
_[45] 서적 風と波を知る101のコツ
_[46] 웹사이트 気象庁｜予報用語　波浪、潮位 https://www.jma.go.j[...] 2021-12-30
_[47] 서적 風と波を知る101のコツ
_[48] 서적 海洋学 https://play.google.[...] 1932-10-14
_[49] 뉴스 温暖化で波の高さ強さ増大 https://mainichi.jp/[...] 毎日新聞 2021-07-27
_[50] 웹사이트 大阪市における1934年室戸台風による被災社寺の分布とその特 http://r-cube.ritsum[...] 歴史都市防災論文集 2014-07
_[51] 웹사이트 昭和9年(1934年)室戸台風 https://www.kkr.mlit[...] 国土交通省淀川河川事務所
_[52] 뉴스 あと4ｍ高ければ吉原防波堤の高波災害朝日新聞 1942-07-26
_[53] 웹사이트 想定し得る最大規模の高潮等について https://www.mlit.go.[...] 国土交通省
_[54] 웹사이트 高波による災害 https://www.jma.go.j[...] 気象庁
_[55] 웹사이트 富山県東部海岸における2008年2月高波による被害調査 http://library.jsce.[...] 海岸工学論文集 2008
_[56] 웹사이트 台風21号関西空港滑走路など浸水、最大風速58m https://mainichi.jp/[...] 毎日新聞 2018-09-04
_[57] 웹사이트 World Meteorological Organization Global Weather & Climate Extremes Archive https://wmo.asu.edu/[...] 2021-12-13
_[58] 서적 世界大百科事典
_[59] 저널 CBMS Conference Proceedings on Water Waves: Theory and Experiment http://polar.ncep.no[...] World Scientific Publications

본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com