En ”underströmning” är ett jämnt, offshore riktat kompensationsflöde som uppstår under vågorna nära kusten. Fysiskt sett, nära kusten, är det våginducerade massflödet mellan vågkrön och vågdal på land riktat. Denna masstransport är lokaliserad i den övre delen av vattenpelaren, dvs. ovanför vågtrågen. För att kompensera för den vattenmängd som transporteras mot kusten sker en andra ordningens (dvs. proportionell mot våghöjden i kvadrat), offshore-riktad medelström i den nedre delen av vattenpelaren. Detta flöde – underströmmen – påverkar de kustnära vågorna överallt, till skillnad från ripströmmar som är lokaliserade till vissa positioner längs kusten.
Termen underström används i vetenskapliga artiklar om kustoceanografi. Fördelningen av strömningshastigheterna i underströmmen över vattenpelaren är viktig eftersom den i hög grad påverkar sedimenttransporten på eller till havs. Utanför surfzonen finns det en sedimenttransport nära bädden som är riktad mot land och som induceras av Stokesdrift och skev-asymmetrisk vågtransport. I surfzonen genererar stark underströmning en sedimenttransport nära botten till havs. Dessa antagonistiska flöden kan leda till att sandbankar bildas där flödena konvergerar nära vågbrytningspunkten eller i vågbrytningszonen.
Massflöde till havsRedigera
En exakt relation för massflödet av en icke-linjär periodisk våg på ett inviskid vätske skikt fastställdes av Levi-Civita 1924. I en referensram i enlighet med Stokes första definition av vågens celeritet är massflödet M w {\displaystyle M_{w}}
av vågen relateras till vågens kinetiska energitäthet E k {\displaystyle E_{k}}
(integrerad över djupet och därefter medelvärdesberäknad över våglängden) och fashastigheten c {\displaystyle c}
genom: M w = 2 E k c . {\displaystyle M_{w}={\frac {2E_{k}}{c}}.}
Samma sak visade Longuet Higgins 1975 att – för den vanliga situationen med noll massflöde mot kusten (dvs. Stokes andra definition av vågens hastighet) – normala periodiska vågor som inträffar vid samma tidpunkt ger upphov till en djup- och tidsmedelvärdesberäknad underströmningshastighet:
u ¯ = – 2 E k ρ c h , {\displaystyle {\bar {u}}=-{\frac {2E_{k}}{\rho ch}},}
med h {\displaystyle h}
det genomsnittliga vattendjupet och ρ {\displaystyle \rho }
vätskedensiteten. Den positiva flödesriktningen för u ¯ {\displaystyle {\bar {u}}}
är i vågutbredningsriktningen.
För vågor med liten amplitud råder equipartition av kinetisk ( E k {\displaystyle E_{k}}
) och potentiell energi ( E p {\displaystyle E_{p}}
): 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},}
med E w {\displaystyle E_{w}}
vågens totala energitäthet, integrerad över djupet och medelvärde över det horisontella rummet. Eftersom den potentiella energin E p {\displaystyle E_{p}} i allmänhet är potentiell energi E p {\displaystyle E_{p}}
är mycket lättare att mäta än den kinetiska energin, är vågenergin ungefär E w ≈ 1 8 ρ g H 2 {\displaystyle {E_{w}\approx {\tfrac {1}{8}}\rho gH^{2}}}}
(med H {\displaystyle H}
vågens höjd). Så u ¯ ≈ – 1 8 g H 2 c h . {\displaystyle {\bar {u}}\approx -{\frac {1}{8}}}{\frac {gH^{2}}}{ch}}.}
För oregelbundna vågor är den erforderliga våghöjden den kvadratiska medelvärdet av våghöjden H rms ≈ 8 σ , {\displaystyle H_{\text{rms}}}\approx {\sqrt {8}}}\;\sigma ,}
med σ {\displaystyle \sigma }
standardavvikelsen för höjningen av den fria ytan.Den potentiella energin är E p = 1 2 ρ g σ 2 {\displaystyle E_{p}={\tfrac {1}{2}}}\rho g\sigma ^{2}}}
och E w ≈ ρ g σ 2 . {\displaystyle E_{w}\approx \rho g\sigma ^{2}.}
