Falowanie rozkołysu

    Fala wiatrowa posiada zapas energii, proporcjonalny do jej wysokości. W momencie, kiedy fala taka, poruszając się w określonym kierunku wyjdzie z pola oddziaływania generującego ją wiatru, lub też kiedy wiatr ustaje, nie zanika. Z fali wymuszonej staje się falą swobodną, poruszając się dalej kosztem posiadanych zasobów energii. Falę taką określa się mianem rozkołysu. Stosunkowo często spotkać się można również z pojęciem "fali martwej" lub "martwej fali", co praktycznie oznacza to samo. Tylko niektórzy, w ich mniemaniu, puryści językowi, uważają, że określenie "martwa fala" należy rezerwować dla sytuacji, gdy przy całkowitym braku wiatru (ciszy) na powierzchni morza występuje falowanie.
    W trakcie przemieszczania się fali rozkołysu, jej energia jest stopniowo zużytkowana na pokonywanie oporów lepkości kinematycznej wody (sił tarcia międzycząsteczkowego wody). Ponieważ wartość lepkości kinematycznej wody jest niewielka, proces utraty energii przez fale rozkołysu zachodzi wolno.
    W trakcie przemieszczania się fali rozkołysu zachodzi szereg procesów. Przypomnijmy, że prędkość przemieszczania się fali jest funkcją jej długości.To powoduje, ze fale o większej długości przemieszczają się szybciej od fal krótszych. Ponieważ pierwotnie falowanie wiatrowe jest falowaniem zinterferowanym, tworzącym grupy falowe, w sytuacji gdy fala wiatrowa przekształci się w falę rozkołysu następuje stopniowa dekompozycja grup falowych. W trakcie drogi, fale dłuższe, jako szybsze, "wyprzedzają" fale krótsze, przez co, w falowaniu rozkołysu, zwłaszcza gdy będziemy dalej od obszaru źródłowego tego falowania, obserwować będzie się falowanie zbliżone do falowania monochromatycznego - długości i wysokości kolejno przechodzących fal będą do siebie zbliżone. Gdybyśmy byli w odległości rzedu kilkuset mil od granicy np. silnego pola sztormowego, od którego stopniowo będzie dochodziła do nas martwa fala, początkowo obserwować będziemy nadchodzenie fal o dużym okresie (rzędu 18-22 s), bardzo długich i na ogól niezbyt wysokich. W miarę upływu czasu długość nadchodzących fal i ich okres będą się stopniowo zmniejszać. Zmienia się również profil fali - staje się wraz upływem czasu coraz bardziej symetryczny, przypominający klasyczną falę trochoidalną (długa dolina, krótki grzbiet o dość ostrym wierzchołku). Również wraz z upływem czasu i długością przebytej drogi fala rozkołysu się wydłuża i tym samym jej prędkość wzrasta.
    Zasięg martwej fali uzależniony jest od początkowej energii fali. Ponieważ energia fali zależy w głównym stopniu od jej wysokości, fale, których początkowa wysokość jest duża, będą mogły przemieszczać się na większą odległość. Fale o dużej wysokości są na ogół jednocześnie falami o większej długości, zatem fale takie takie będą przemieszczać się i szybciej, i na większą odległość. 

    Od strony fizycznej proces zmian parametrów fali rozkołysu jest dość skomplikowany, gdyż w funkcji czasu i energii początkowej fali zmieniają się jej przynajmniej trzy parametry, które następnie określają swój "stan początkowy". Procesy, występujące w falowaniu rozkołysu dobrze charakteryzuje poniższa tabela.

Tabela:
Odległość (D, Mm) na którą rozprzestrzenia się fala rozkołysu w czasie t (godziny) i wysokość fali rozkołysu h (m) po pokonaniu tej odległości

początkowa wysokość fali rozkołysu (m)	czas (t, godziny)
		6		12		18		24		30
		D	h	D	h	D	h	D	h	D	h
10	110	8,0	220	6,4	350	5,2	475	4,4	600	4,0
9	100	7,9	200	5,8	310	4,9	430	4,1	560	3,4
8	90	6,4	180	5,2	275	4,6	380	3,8	495	3,3
7	80	5,6	160	4,6	240	4,2	335	3,5	420	3,2
6	65	4,8	135	4,1	205	3,7	290	3,2	370	2,8
5	50	4,0	110	3,5	170	3,1	240	2,9	300	2,5
4	40	3,2	90	2,8	140	2,6	190	2,3	240	1,9
3	30	2,3	70	2,0	110	1,7	150	1,5	180	1,3
2	20	1,5	50	1,3	75	0,8	100	0,7	-	-

Źródło tabeli: L.I.Skriptunova; Metody morskikh gidrologičeskikh prognozov. Leningrad, Gidrometeoizdat, 1984, ss. 278

Tabelę tą należy odczytywać w ten sposób, że fala o początkowej wysokości 10 m, po 6 godzinach pokona odległośc 110 Mm i po pokonaniu tej odległości będzie miała wysokość 8.0 m, po dalszych 6 godzinach (czyli 12 godzinach propagacji) pokona odległość 220 Mm i jej wysokość będzie wtedy równa 6.4 m, itd.
    Analizując wartości zestawione w tej tablicy trzeba zwrócić uwagę na to, że fale o dużej wysokości początkowej mogą rozprzestrzeniać się na wielkie odległości w stosunkowo krótkim czasie; np. fala o początkowej wysokości 10 m, po 30 godzinach pokona odległość 600 Mm (to jest 10° na kole wielkim!, jej prędkość wynosi 20 w czyli ~37 km/godz) i po pokonaniu takiej drogi, jej wysokość będzie wynosić jeszcze 4 m! W tym samym czasie fala o początkowej wysokości np. 5 m pokona odległość 300 Mm (prędkość 10 w), ale jej wysokość na końcu tej drogi będzie wynosiła 2.5 m.
    Analizując zmiany wysokości fali o takiej samej wysokości początkowej, nie trudno zauważyć, że w ciągu 6 godzin propagacji wysokość fali maleje o 20% początkowej wysokości fali (np. poczatkowa wysokość fali - 10 m; po 6 godzinach - 8.0 m, czyli po 6 godzinach propagacji wysokość tej fali jest mniejsza o 20% (10 - 8 = 2 m; 2/10 = 0.2 * 100% = 20%) - po dalszych 6 godzinach (w tabeli 12 godzin) o kolejne 20% (8.0 - 6.4 = 1.6 m, 1.6/8.0 = 0.2 * 100% = 20%, itd, itd... Z tej przyczyny wysokość fal o dużej wysokości początkowej spada szybciej, niż wysokość fal o niższej wysokości początkowej.
Śledząc z kolei wartości przebytej przez falę drogi zauważa się, że nie jest ona stała w funkcji czasu. O ile na przykład w czasie pierwszych 6 godzin fala o wysokości początkowej równej 10 m pokona drogę 110 Mm, w czasie następnych 6 godzin (razem 12 godzin) drogę 220 Mm, to w czasie 18 godzin drogę 350 Mm. Gdyby fala poruszała się z niemienną w funkcji czasu prędkością, powinna pokonać drogę równą 330 Mm w czasie 18 godzin (3 x 110 Mm), tu pokonuje ona drogę dłuższą o 20 Mm - czyli przyspiesza. Z zależności między prędkością fali, jej okresem i długością wiemy, że wzrost prędkości fali może nastąpić jedynie w przypadku wzrostu jej długości. Oznacza to, że w trakcie propagacji fali rozkołysu zmienia się również jej długość (rośnie). Ten ostatni proces jest powolny i zaokrąglone wartości w tabeli nie wpełni oddają przebieg procesu.

    "Źródłem" fal rozkołysu są obszary sztormowe lub obszary na których występują silne i bardzo silne wiatry.  Na akwenach w strefie szerokości umiarkowanych i wysokich są to obszary występownia układów niżowych, zwłaszcza głębokich niżów. Ponieważ najsilniejsze wiatry związane są na ogół z tylnymi częściami niżów, najsilniejsze fale rozkołysu na półkuli północnej rozchodzić się będą od nich w sektorze od S do SE, a uwzględniając ruch własny niżu - od SSW do ESE. To powoduje, że będąc w szerokościach niższych od strefy występowania sztormu, martwa fala przychodzić będzie z kierunku od NNE do WNW, z największym prawdopodobieństwem sektora od NW do N (na półkuli południowej - "lustrzana odwrotka"). Wystąpienie martwej fali nadchodzącej z innych kierunków jest mniej prawdopodobne, ale nie wykluczone. Zwykła analiza mapy synoptycznej (pole ciśnienia) oraz konfrontacja z danymi zawartymi w przedstawionej tu tabeli pozwala nam na zorientowanie się, czy będzie prawdopodobieństwo, i jakie, aby na interesującym nas akwenie wystąpiło falowanie rozkołysu. Obecnie mapy prognozy falowania są już na tyle wiarygodne, że najczęściej (jeśli jesteśmy na N Atlantyku lub na N Pacyfiku), takiego rodzaju analiza może stanowić jedynie upewnienie się, co do istniejącej sytuacji. 

    W strefie międzyzwrotnikowej głównym źródłem fal rozkołysu są cyklony tropikalne (CT). Ponieważ najsilniejsze wiatry (siły wiatrów sztormowych [8-11°B] i huraganowych [12 i 12+ °B]) wieją w prawej połówce, gdy cyklon znajduje się na półkuli północnej, w lewej, gdy cyklon znaduje się na półkuli południowej, a prędkość wiatru jest kilkukrotnie większa od prędkości ruchu własnego CT, najsilniejsze falowanie rozkołysu rozprzestrzenia się przed CT. Jeśli znajdujemy się na torze CT i CT zbliża się do nas, obserwuje się nadchodzenie fali rozkołysu z takiego samego kierunku, przy czym stopniowo okres fali rozkołysu maleje (skraca się), a wysokość fali rozkołysu stopniowo (na ogół szybko) rośnie. W przypadku gdy cyklon znajduje się na południe od nas (półkula północna; statek w wyższej szekości niż CT) i przemieszcza na W-NW, kierunek nadchodzenia fali rozkołysu stopniowo zmienia się zgodnie z ruchem wskazówek zegara , a wysokość fali rozkołysu stopniowo rośnie, po czym następnie maleje (okres stopniowo się skraca, następnie ponownie rośnie). Jeśli CT znajduje się na północ od nas (szerokość statku mniejsza od szerokości CT) i przemieszcza w tym samym kierunku (W-NW) kierunek nadchodzenia fali rozkołysu zmienia się przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. W przypadku, gdy CT znajduje się na polarnym odcinku toru (ruch w kierunku NE-E na N półkuli), zmiana kierunku nadchodzenia fali rozkołysu będzie przeciwna do ruchu wskazówek zegara gdy szerokość statku jest większaod szerokości CT, i zgodna z ruchem wskazówek zegara, gdy szerokość CT będzie wieksza od szerokości statku [radzę rozrysować sobie te przypadki, przyjmując, że martwa fala nadchodzi od CT, niezależnie od tego, przed jaką połowką CT będzie się znajdował statek).

W tylnej części CT i bezpośrednio za jego granicami obserwuje się często silne i wysokie falowanie rozkołysu,  fala jest tam przeważnie silnie skócona (zinterferowana).

    Fale rozkołysu idące od silnych sztormów mogą pokonywać ogromne odległości. Silne sztormy zimowe na NW Atlantyku (Morze Labrador, wody od Nowej Szkocji do Islandii) są przyczyną występowania silnego falowania przybojowego na wybrzeżach Marokko, Sahary Fiszpańskiej i Mauretanii. Silne sztormy na wodach antarktycznych dają silne falowanie przybojowe na wodach australijskich, południowo-amerykańskich, południowo-afrykańskich, a nawet na północnych brzegach Zatoki Gwinejskiej. Sztormy w rejonie Aleutów i Zatoce Alaska stanowią przyczynę występowania przyboju na północnych brzegach Wysp Hawajskich. W większej odległości od rejonu powstania fali przyboju fala bardzo silnie się wydłuża i traci wysokość, przez co na otwartych wodach oceanicznych często jest słabo zauważalna; dopiero na płytkowodziu, po przekształceniu się w falę przyboju ponownie się ujawnia.

    Na akwenach ograniczonych (np. Bałtyk, Morze Czarne, ...) falowanie rozkołysu występuje rzadko; jeśli występuje to krótko. Zbyt małe rozmiary akwenów powodują, że falowanie wiatrowe nie mają szans na dalekie rozprzestrzenienie się, fale wiatrowe rozbijają się o brzegi. Przykładowo, na Zatoce Gdańskiej falowanie rozkołysu pojawia się jedynie w sytuacji, gdy nad Bałtykiem Środkowym występuje sztorm generowany przez wiatr z sektora od NW do NE, który nie obejmuje południowych krańców Bałtyku. Kilka godzin po takim sztormie pojawia się na wybrzeżach Zatoki Gdańskiej przybój, samo falowanie rozkołysu na głębszych wodach zatoki jest na ogół słabe.

---