基于SAR海浪方向谱的西北太平洋海浪特性研究

应用中国海洋大学海洋遥感研究所基于Hasselmanns提出的MPI方法用C语言开发的SAR反演海浪方向谱的软件,对2003年1月—2012年1月间西北太平洋海域Envisat波模式数据进行海浪方向谱反演,共得到西北太平洋海域观测的海浪方向谱146 796个。统计由反演的海浪方向谱得到的海浪有效波高、平均波向、平均波周期等数据,分析了西北太平洋海浪场分布的特点,得到了一些有参考意义的结果。     

星载高级合成孔径雷达波模式算法及其反演数据精度验证

搭载在欧洲环境卫星(ENVISAT)上的高级合成孔径雷达(Advanced Synthetic Aperture Radar,ASAR)二级波模式数据提供了诸多海浪信息包括有效波高、波向、波长和二维海浪谱等,在海浪预报模式中具有重要作用。本文拟利用浮标观测数据对ASAR波模式算法及其反演数据精度进行对比验证。由于SAR卫星在海面的特殊成像机制,不同海况下会有不同的测量结果,通过与美国国家浮标中心(NDBC)的浮标数据对比,显示ASAR有效波高在高海况下低估和在低海况下高估的现象,在中等海况下的测量结果较优。通过研究ASAR数据集中对应的海浪谱,按照能量与方向分布可分为四种类型:单一方向海浪谱(Ⅰ类谱),180°方向模糊海浪谱(Ⅱ类谱),海浪两个方向且能量分布杂乱(Ⅲ类谱),多个传播方向且谱型杂乱海浪谱(Ⅳ类谱)。探究在不同类型下的海浪参数的精度,结果表明在单一波向正常海浪谱情况下,有效波高、波向与浮标数据一致性较好,存在180°方向模糊的对称海浪谱仅有效波高精度较高,谱型杂乱的海浪谱海浪有效波高和波向反演结果均较差。     

基于准线性近似方法的SAR图像海浪参数反演研究

本文根据相干斑噪声的时间快变特征和非海浪纹理现象的时间缓变特征，基于交叉谱提出了一种对相干斑噪声和大尺度非海浪纹理的抑制的方法，进而结合SAR图像谱和海浪谱之间的准线性映射关系，基于SAR数据对海浪参数进行了反演。在反演过程中，首先仿真分析了不同海况下准线性近似法的海浪反演能力，结果表明：风浪引起的方位向截断效应会显著影响反演精度，因此该方法在低风速时的涌浪反演精度更高。通过将基于Sentinel-1卫星2020年的波模式SAR数据的反演结果与欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)提供的再分析数据进行对比，发现高海况海浪有效波高反演结果明显偏低，而且该反演误差与风速、方位向截断波长之间存在显著相关性。为了提高有效波高的反演精度，本文进一步给出了海浪有效波高反演误差与风速、方位向截断波长之间的经验校正函数模型，结果显示，通过该模型修正后的海浪有效波高反演结果与ECMWF数据和浮标测量数据具有良好一致性。     

基于同步风场的机载SAR海浪参数反演方法

针对机载合成孔径雷达(SAR)对海探测特点,采用多入射角法从SAR数据本身得到与海浪参数反演区域时空匹配的同步海面风速和风向,并结合线性变换关系,计算得到海浪初猜谱对应的仿真SAR图像谱,将仿真SAR图像谱和观测SAR图像谱输入代价函数中进行迭代运算,通过非线性方程的解算得到最适海浪谱;采用交叉谱法去除海浪传播180°方向模糊,最终得到海浪参数。论文提出的基于同步风场的机载SAR海浪参数反演方法,充分利用了机载SAR海洋环境探测的优势,解决了传统SAR海浪参数反演中初猜谱构造依赖外部风场的问题,机载同步飞行试验的海浪参数反演结果与浮标观测值的有效波高、波向的均方根误差分别为0.23 m和13.23°,验证了该方法的有效性,可为机载SAR海浪参数反演业务化提供支持。     

机载波谱仪海浪谱反演方法及其验证

为了验证波谱仪反演二维海浪谱的功能,根据海浪波谱仪的信号形成机制,总结了机载波谱仪反演海浪的流程。利用机载波谱仪回波数据,通过自相关和互相关两种功率谱估计方法,反演了二维海浪谱。最后通过与浮标测量的二维海浪谱进行对比,验证了该机载波谱仪探测二维海浪谱的有效性。结果表明,无论采用自相关函数还是互相关函数进行功率谱估计,得到的主波波长和有效波高与实际二维海浪谱基本一致。互相关函数法得到的交叉谱能去除180°模糊现象,其在计算有效波高时相对于自相关函数会稍微偏小。在计算斜率方差时可以采用5°~12°入射角范围的后向散射系数进行公式拟合,因此定标与否并不影响最后的二维海浪谱结果,未来星载波谱仪只有靠多波束联合才能实现。     

基于GPS高频数据的海浪测量方法

研究了基于GPS高频数据进行海浪测量的方法。利用TRACK解算得海上载体高精度的垂向位移,经浪潮分离提取海浪信号,分别采用相关函数法和周期图法估计海浪信号的功率谱,并计算海浪要素。利用实测数据进行试验,结果表明,周期图法推算的平均波高和平均周期精度较高,与测波仪结果差异分别小于2cm和0.25s,基于GPS高频数据的海浪测量方法可有效反演海浪要素。     

由模拟波面分析双峰谱型海浪的统计特征

采用目前国际上最新的随机波分析方法,由协方差矩阵的循环嵌套技术,对美国国家浮标44008站2002年6月一典型的双峰海浪谱资料进行谱分析.以实测平均谱为靶谱,对随机波面进行模拟.得到模拟波面估计谱与实测谱极为相近,谱峰及谱峰频率都基本一致.说明利用模拟波面研究海浪具有代表性,它可以反映实测海浪的特征.利用实测海浪谱密度,统计波特征量的周期概率分布,得到理论周期概率密度与估计周期概率密度分布相符较好,且与模拟波面的波周期分布也较好的一致.利用Longuet-Higgins(1983)模型计算了波高-周期联合概率密度分布.得到变换高斯过程计算的波高与周期联合分布与实测情况基本相同,更好地描述了波高-周期联合概率密度分布.     

波-流相互作用源函数及其对海浪模拟的影响

当前,基于第三代海浪模式的波-流相互作用研究,通常仅考虑背景流场对海浪群速度大小、方向的改变及其所引起的波浪折射效应,忽略了流场对波浪能谱的影响。本文以波-流相互作用源函数为切入点,利用MASNUM海浪模式进行理想实验,阐释了水平方向上的波-流相互作用对海浪能谱的改变以及对海浪模拟可能造成的影响。结果表明：水平流速梯度量级、水深、波浪成长状态以及流速梯度方向均可以影响波-流相互作用源函数的作用效果,使得有效波高、谱峰波向的模拟结果发生变化。在更符合实际的水平流速梯度量级下,波-流相互作用源函数对有效波高和谱峰波向模拟值的影响非常小;但考虑到涌浪的长距离传播,其对谱峰波向的影响仍可能明显改变涌浪的传播形态。     

X-波段雷达近海海浪频谱反演的神经网络模型

X-波段雷达作为国内海浪观测的一种新工具,在海浪频谱获取和有效波高反演方面仍存在较多问题.本文利用非线性回归方法,将现场实测浮标数据频谱和雷达一维图像谱分别与标准频谱模型进行拟合,发现浮标频谱和一维图像谱具有标准频谱的特征,能够较准确地获取相应的谱参数.提出了建立由雷达一维图像谱参数反演海浪频谱参数的神经网络模型,同时在模型中加入影像序列信噪比,进而反演有效波高,并将反演结果与现场实测数据和传统算法(建立影像序列信噪比与有效波高之间的线性回归方程)进行了对比,结果表明,获取谱参数的误差和反演有效波高的平均误差在20％以内,而传统算法计算有效波高平均误差在20％以上.     

黄河三角洲海区的海浪频谱

海浪谱是表征海浪结构的一个重要特性,它不仅能揭示海浪的内部结构,而且还可描述海浪的对外表现特征。对于不规则海浪,人们常用方向谱来描述,目前大多写成 S(ω,θ)=S(ω)cosβθ 式中θ为谱中组成波的传播方向与主浪向的夹角,ω为圆频率,S(ω)为频谱,β为待定系数。 海浪频谱能清楚地指明波能集中的频带,这对海洋工程的波浪载荷计算具有重要意义。显然,用上述形式表示海浪方向谱,关键是得到其频谱。     

Effect of Wave Groups on Wave Run-up

-The effect of wave group on wave run-up on a slope dike is mainly discussed in this paper. Two simulating methods of wave group and their applications in laboratory are introduced. Synthesizing the research results of wave run-up on a slope dike, the effect of wave group on wave run-up on a slope dike in coastal protection engineering is studied as the main point.     

Effects of Wave Breaking on Freak Wave Generation in Random Wave Train

The experimental studies of the wave breaking effects on freak wave generation are presented within a finite-depth random wave train in a laboratory wave tank. The main attention is paid to the abnormal index,AI=Hmax/Hs,being used to characterize the freak waves,and the changes of the coefficient due to wave breaking. The results show that the occurrence probability of freak wave events in non-breaking waves is much larger than that in breaking waves and such occurrence in deep water is larger than that in ...     

Effects of Wave Breaking on Freak Wave Generation in Ramdom Wave Train

The experimental studies of the wave breaking effects on freak wave generation are presented within a finite-depth random wave train in a laboratory wave tank. The main attention is paid to the abnormal index, AI=Hmax/Hs, being used to characterize the freak waves, and the changes of the coefficient due to wave breaking. The results show that the occurence in deep water is larger than that in shallow water.     

基于非静压模型的波浪空间聚焦研究

为研究波浪聚焦特性,分析极端波浪的产生机理,采用非静压模型通过数值模拟的方法对波浪聚焦的影响因素进行了详细研究。本文采用SWASH非静压波浪模型,模型垂向均匀分三层以保证足够的色散精度以及非线性精度来高效准确的模拟波浪在变化地形上的传播。研究发现在最大波浪未发生破碎时,波浪在半圆形凸起斜坡浅滩上传播,波浪聚焦是波高增大的最主要原因。初始kR(波数与浅滩半径乘积)值对波浪在该地形上的聚焦特性有着重要影响。初始kR越大,最大波高位置距聚焦地形坡脚的距离越远。当kR在1.4π~4.05π之间时,随着kR的减小,最大相对波高先增大后减小,当kR=2.45π时,最大相对波高达到极大值,可达2.48倍初始波高。     

波流水槽模拟波浪技术的研究

介绍了实验室的造波机系统和造波特性及其在模型试验中的应用,并讨论了实验室内模拟海浪的检验标准及其方法。并对造波机应用前景进行讨论,对不规则波造波机进行物模试验具有一定的现实意义。     

不同波峰定义对波峰统计特征值的影响

在三维随机海浪数值模拟的基础上,获得了波峰的空间分布。为了验证由不同的波峰定义方法得到的波峰长度和波峰方向角等特征量的准确性,对直接利用波峰边界上距离最远的两点之间距离定义波峰长度和利用椭圆拟合波峰和以椭圆的要素定义波峰长度2种不同方法得到的波峰长度统计结果进行了比较,发现由2种方法定义得到的波峰特征量的值基本一致,尤其是波峰长度个数的统计值极为接近,由2种方法得到的统计值精确度相当。这表明,不同定义方法对边界不规则波峰长度统计值的影响较小。     

Numerical Wave Flume Study on Wave Motion Around Submerged Plates

1 .IntroductionApile supportedplatesubmergedatacertaindepthunderseasurfacewasdevelopedasanewtypeofunderwaterbreakwaterfortheprotectionofcoastlinesandharbors .Thisisbecauseitdoesnothinderthewaterexchangebetweentheopenseaandtheprotectedareanordoesithindertheviewovertheopensea .Besides,itislessdependentonthegeotechnicalconditionsoftheseabottomwherethestructureistobeinstalled ;however,itscostishigh ,particularlyinrelativelydeepwaters .Formanyapplicationsitispossibletoreducethewavemotionintheprotec…     

基于海浪谱的海浪视景仿真技术

海浪的视景仿真有重要的应用背景与军事意义。文中围绕如何解决海浪的实时视景仿真问题,讨论了基于海浪谱的不同浪级波面的仿真模型,并讨论了海浪的实时视景仿真实现技术。这些模型与技术对于提高海浪仿真实时性与真实性有一定的参考价值。     

Wave forces on hemicylinders

Potential solutions describing the flow about two-dimensional marine structures on or near the ocean bottom are formulated, based on Airy's wave model. The solutions for a half-cylinder and semicircular shell are considered in detail and evaluated in the case of deep submergence. The formulation with and without flow underneath the structure is given and, in particular, the existence of a large difference between the two cases in the vertical forces is shown. The effect of introducing vorticity at the edges of the shell is investigated. Numerical results for hemicylinders resting on the bottom and slightly raised off the bottom are presented. The results obtained for the wave forces are compared with experimental results obtained for a slightly raised, open hemicylinder.     

Dependence of Wave Height Distribution on Spectral Width and Wave Steepness

In this paper experimental wind wave data are analyzed. It is found that differences in spectral width will give rise to differences in wave height distribution. The effect of spectral width on the distribution is mainly in the high wave range. The effect of wave steepness is in low, medium and high wave ranges. In the high wave range the effect of spectral width is comparable to that of wave steepness. Differences in spectral width in the observations may give rise to discrepancies in the result when wave steepness is the only parameter in the distribution.