Alivirtaus on tasainen, merelle suuntautuva kompensaatiovirtaus, joka esiintyy aaltojen alapuolella lähellä rantaa. Fysikaalisesti rannikon läheisyydessä aallon aiheuttama massavirtaus aallon harjan ja kaukalon välillä on maihin suuntautuva. Tämä massankuljetus paikallistuu vesipatsaan yläosaan eli aallonpohjan yläpuolelle. Rantaan päin kulkeutuvan vesimäärän kompensoimiseksi vesipatsaan alaosassa syntyy toisen kertaluvun (eli verrannollinen aallonkorkeuden neliöön) offshore-suuntainen keskivirtaus. Tämä virtaus – pohjavirtaus – vaikuttaa kaikkialla rannikon läheisyydessä oleviin aaltoihin, toisin kuin rannikon tiettyihin kohtiin paikallistetut sivuvirtaukset.
Termiä pohjavirtaus käytetään tieteellisissä rannikkomerentutkimuksen artikkeleissa. Alivirtauksen virtausnopeuksien jakautuminen vesipatsaassa on tärkeää, koska se vaikuttaa voimakkaasti sedimentin kulkeutumiseen rannikolla tai merellä. Aallokkovyöhykkeen ulkopuolella on lähellä pohjaa Stokesin ajelehtimisen ja vino-asymmetrisen aaltoliikkeen aiheuttamaa sedimentin maalle suuntautuvaa kulkeutumista. Surffivyöhykkeellä voimakas pohjavirtaus synnyttää sedimentin kulkeutumista lähellä pohjaa merelle. Nämä antagonistiset virtaukset voivat johtaa hiekkapalkkien muodostumiseen siellä, missä virtaukset lähenevät toisiaan lähellä aallonmurtokohtaa tai aallonmurtovyöhykkeellä.
Merelle suuntautuva massavirtaMuutos
Exaktin relaation epälineaarisen jaksollisen aallon aiheuttamalle massavirralle näkymättömässä juoksevassa nestekerroksessa määritteli Levi-Civita vuonna 1924. Stokesin aallon nopeuden ensimmäisen määritelmän mukaisessa viitekehyksessä massavirta M w {\displaystyle M_{w}}
liittyy aallon liike-energian tiheyteen E k {\displaystyle E_{k}}
(integroitu syvyydelle ja sen jälkeen keskiarvoistettu aallonpituudelle) ja vaihenopeuden c {\displaystyle c}
kautta: M w = 2 E k c . {\displaystyle M_{w}={\frac {2E_{k}}{c}}.}
Vastaavasti Longuet Higgins osoitti vuonna 1975, että – yleisessä tilanteessa, jossa massavirta rantaan päin on nolla (ts. Stokesin aaltojen nopeuden toinen määritelmä) – normaalisti esiintyvät jaksolliset aallot tuottavat syvyys- ja aikakeskiarvoisen alivirtausnopeuden:
u ¯ = – 2 E k ρ c h , {\displaystyle {\bar {u}}=-{\frac {2E_{k}}}{\rho ch}},}
kanssa h {\displaystyle h}
keskimääräinen vesisyvyys ja ρ {\displaystyle \rho }
nesteen tiheys. Positiivinen virtaussuunta u ¯ {\displaystyle {\bar {u}}}
on aallon etenemissuunnassa.
Pieniamplitudisille aalloille on kineettisen ( E k {\displaystyle E_{k}}
) ja potentiaalienergian ( E p {\displaystyle E_{p}}
) yhtä suuri jakautuminen: E w = E k + E p ≈ 2 E k ≈ 2 E p , {\displaystyle E_{w}=E_{k}+E_{p}\approx 2E_{k}\approx 2E_{p},}
mit E w {\displaystyle E_{w}}
aallon kokonaisenergiatiheys, integroituna syvyydelle ja keskiarvoistettuna vaakasuoraan tilaan. Koska yleensä potentiaalienergia E p {\displaystyle E_{p}}
on paljon helpompi mitata kuin kineettistä energiaa, aallon energia on suunnilleen E w ≈ 1 8 ρ g H 2 {\displaystyle {\displaystyle {E_{w}\approx {\tfrac {1}{8}}\rho gH^{2}}}
(jossa H {\displaystyle H}
on aallon korkeus). Siis u ¯ ≈ – 1 8 g H 2 c h . {\displaystyle {\bar {u}}\approx -{\frac {1}{8}}{\frac {gH^{2}}{ch}}.}
Epäsäännöllisille aalloille tarvittava aallonkorkeus on aallon neliöjuurikorkeus H rms ≈ 8 σ , {\displaystyle H_{\text{rms}}\approx {\sqrt {8}}\;\sigma ,}
with σ {\displaystyle \sigma }
vapaan pinnan korkeuden keskihajonta.Potentiaalienergia on E p = 1 2 ρ g σ 2 {\displaystyle E_{p}={\tfrac {1}{2}}}\rho g\sigma ^{2}}
ja E w ≈ ρ g σ 2 . {\displaystyle E_{w}\approx \rho g\sigma ^{2}.}
