浪花的奧秘

日本有一幅著名的浮世繪(風俗畫)“神奈川海浪里”，畫的是大海中洶涌澎湃的巨浪，浪花奔騰，一葉扁舟出沒在風浪里。蘇軾有一首名詞《念奴嬌·赤壁懷古》，其中有“亂石穿空，驚濤拍岸，卷起千堆雪”的詞句。

從物理海洋學的角度來分析，上述日本的畫和蘇軾的詞描寫的浪花都很準確、很科學。

日本浮世繪畫的是深水中“風浪”的浪花。顧名思義，也就是風吹成的波浪的浪花。風從空中以某個角度吹向海面，就對海而產生一個壓力。這個壓力有兩個分量：垂直于海面的分量和沿海面切線的分量。前者被海水抵消，后者則驅動海水的質點，迫使它們進行圓周運動，從而形成了海面的起伏，這就是風浪。風越大，風壓就越大，波浪的波高和波長也就越大。俗話說“風大浪高”，就是這個道理。

不過天有不測風云。如果海面上風向變了，變得與波“逆流”，“風大浪高”就無從談起了。這時，風反而阻擋了波浪的前進，沿海面切線的壓力反而阻擋了海水質點原來的圓周運動，海面不再穩定，波就被風吹成了浪花。因此，風與波逆流是形成浪花的一個必要條件。但很顯然，微風肯定阻擋不了波浪的前進，或者說吹成浪花的風速必須足夠大，這是形成浪花的另一個必要條件。這個足夠大的風速值受波速、海面張力以及海水密度等的影響，十分復雜。根據美國物理學家、諾貝爾獎獲得者拉姆的計算，一般至少要在12.5海里／小時以上。

那么，風是怎樣把波浪吹成浪花的呢?這是因為波峰處水質點作圓周運動的半徑大，位置又高，所以動量和勢能都大；與此相反，波谷處水質點的動量和勢能都小。因而在同樣大小的沿海面切線風壓的阻擋下，波峰處水質點的速度就大于波谷處，于是波浪變得前后不對稱，前傾、彎曲，最后坍塌形成浪花。

與深水中的浪花成因不同，蘇軾詞里描寫的是淺水或近岸“拍岸浪”的浪花。如前所述，波浪中的每一個水質點并不是在“隨波逐流”，而是在“原地”作圓周運動。越接近海面的質點，圓周運動的半徑也就越大。水深到一個波長以下時，水質點就靜止了。但是，在淺水或近岸處，由于水與河底或海底的摩擦，水質點的圓周運動已改變為橢圓運動，運動速度則自上而下越來越小。也就是說，波峰處的水質點仍以原來的速度向前運動，但波谷處水質點的速度卻慢了很多，這同樣會使波浪變得前后不對稱，前傾、彎曲。越接近岸邊，前傾彎曲越嚴重。最后終于坍塌，形成了浪花，這叫做“破浪”。拍打在岸邊的就叫“拍岸浪”，所激起的浪花就是拍岸浪花。拍岸浪高速撲打在“亂石”上，自然就“驚濤拍岸，卷起千堆雪”了。一個“拍”字，一個“卷”字，十分生動而且科學。

浪花綻放時伴隨著美妙的歌聲。美國科學家利用高速攝影發現，浪花在前傾、彎曲的過程中，浪尖會迅速卷進一部分空氣，形成無數支粗細不同的氣管。坍塌的瞬間，無數支粗細不同的氣管被水擠破，成為數量更多的大氣泡和水珠，四處飛濺。浪尖與水而苒次碰撞時，大氣泡又會變成數量更多的小氣泡和水珠，激蕩飛揚。氣管的粗細不同，振動所發出的頻率和音響就不同。氣泡的大小不同，發出的頻率和音響也不同。

于是粗細不同的氣管猶如無數支長號、薩克斯、巴松和低音號，大氣泡猶如無數個大提琴、低音提琴和小捉琴，小氣泡則像無數個琵琶和古箏，氣泡破裂時又像無數架大鼓小鼓，它們同時在演奏!排山倒海，驚天動地。

經過分析，科學家發現波浪的頻譜特別寬，高次諧波特別豐富，20～8000赫茲間的中低音尤其豐厚。因此，它竟是最適于人耳的最動人心魄的音樂!這是世界上最磅礴、最雄渾、最純美的浪花的歌唱!

責任編輯 張田勘