Lo stato del mare
Raramente la superficie del mare si presenta perfettamente calma e priva di moto. Le onde sono oscillazioni della superficie marina e sono generate principalmente dal vento. Infatti, anche se esistono anche altri meccanismi di generazione (come le maree dovute alla gravità o i maremoti causati da terremoti sottomarini), il vento rimane la principale forza che crea il moto ondoso.
Formazione delle onde
Quando il vento inizia a soffiare su una porzione della superficie del mare (che chiamiamo fetch), si sviluppa una sequenza evolutiva:
- Onde capillari (capillary waves): piccole increspature dove la forza di ripristino è rappresentata dalla tensione superficiale.
- Onde di mare vivo (wind waves): come il vento persiste ed aumenta, le onde crescono e iniziano a rispondere alla gravità. L’interazione del vento con la superficie marina, non più calma ma già ondulata per la presenza del moto ondoso, permette un più efficiente trasferimento di energia: le onde continuano a crescere sia in altezza che in lunghezza.
- Mare completamente sviluppato (fully developed sea): il vento ha soffiato abbastanza a lungo e su un fetch sufficientemente esteso; le onde raggiungono le massime dimensioni possibili per quelle condizioni di vento.
- Onde di mare morto (swell waves): quando il vento cessa o le onde si allontanano dall’area di generazione, il mare si “ordina” e le onde diventano più regolari, lunghe e uniformi.
Caratterizzazione del moto ondoso
Un’onda marina può essere descritta da alcuni parametri: altezza, lunghezza, periodo, velocità e direzione.
- Definendo la cresta come il punto più alto e il cavo la quota più bassa, la distanza verticale tra i due è l’altezza.
- La lunghezza è la distanza tra due creste successive.
- Il periodo è il tempo tra il passaggio di due creste nello stesso punto.
- Da questi parametri deriva la velocità dell’onda, pari a lunghezza diviso periodo. La velocità dell’onda rappresenta la velocità alla quale si muove la cresta lungo la direzione di propagazione.
Il moto ondoso non riguarda solo la superficie marina: l’oscillazione coinvolge la colonna d’acqua fino a una profondità pari a circa metà della lunghezza d’onda. Le particelle d’acqua compiono orbite circolari (o ellittiche in acque basse) con velocità massima in superficie e decrescente con la profondità, fino ad annullarsi alla profondità di metà lunghezza d’onda. Durante la generazione e la propagazione, la velocità orbitale delle particelle d’acqua è minore della velocità di propagazione dell’onda. Solo durante il fenomeno del frangimento in acque basse la velocità delle particelle può superare quella dell’onda: l’acqua viene proiettata in avanti, generando turbolenza e dissipazione di energia.
Descrizione matematica del moto ondoso
In natura il moto ondoso è irregolare: ogni onda è diversa dalla successiva. Per studiarlo si usano due approcci principali: statistico e spettrale.
Nell’approccio statistico si identificano le singole onde e si calcolano parametri rappresentativi. Il più importante è l’altezza significativa, definita come la media del terzo superiore delle onde osservate in un intervallo (di solito almeno 10 minuti). Per esempio, se in 10 minuti osserviamo 100 onde, le mettiamo in ordine di altezze dalla maggiore alla minore, isoliamo le 33 onde più grandi (il terzo superiore) e ne facciamo la media, otterremo così l’altezza significativa. Il periodo medio è invece la media dei periodi di tutte le onde osservate.
Nell’approccio spettrale il moto ondoso irregolare viene considerato come somma di molti treni d’onda regolari. Lo spettro del moto ondoso descrive come l’energia è distribuita tra periodi e direzioni. Da qui derivano parametri spettrali come altezza significativa spettrale e periodo medio spettrale, usati nei modelli di previsione meteo-marina.
| Grado |
Termine descrittivo |
Altezza dell'onda [m] |
| 1 |
Calmo o quasi calmo |
0 ÷ 0.10 |
| 2 |
Poco mosso |
0.10 ÷ 0.50 |
| 3 |
Mosso |
0.50 ÷ 1.25 |
| 4 |
Molto mosso |
1.25 ÷ 2.50 |
| 5 |
Agitato |
2.50 ÷ 4.00 |
| 6 |
Molto Agitato |
4.00 ÷ 6.00 |
| 7 |
Grosso |
6.00 ÷ 9.00 |
| 8 |
Molto grosso |
9.00 ÷ 14.00 |
| 9 |
Tempestoso |
oltre 14.00 |
Scala Douglas
Per descrivere lo stato del mare esistono varie scale visive. La più semplice e anche la più utilizzata è la scala Douglas (1921), basata sull’altezza significativa dell’onda.
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