Ⅲ变浅作用下列率谱和频率谱的实验研究

为研究变浅作用下的非线性海浪，本文利用并矢相关谱估计方法，设计并进行了多种强度下，由深水传入近岸浪变浅作用下，列率谱和频率谱随水深和坡度变化的实验比较研究。     

Ⅱ风浪列率谱的实验研究

利用风浪实验资料,系统地研究了列率谱随风速,风区的演变规律。与频率谱的计算结果比较表明：在主含能频段,特别在峰频附近,两种谱估计方法所得结果基本吻合。但在高频段,特别在二倍峰频附近,两种谱估计方法所得结果存在明显差异。文中就其存在的差异给出了可能的物理解释。     

基于水下滑翔机的湍流观测平台研究

海洋湍流混合过程对大洋热盐环流具有重要调控作用,因此海洋湍流混合特征量如湍动能耗散率等物理量的定量刻画,主要通过现场湍流观测来实现。为满足长期连续海洋湍流混合观测资料的迫切需求及打破国外的技术封锁,自行研制了基于水下滑翔机的湍流观测仪。为了测试滑翔机在小尺度湍流观测方面的可行性,将一个携带有剪切探头的湍流仪安装在滑翔机本体上,并在千岛湖进行了一系列的实验。滑翔机平台的主要噪声来源于浮力调节机构中的油泵,油泵会在接近剖面的底端时开启。三轴加速度谱在30 Hz左右有明显的谱峰,说明滑翔机油泵的振动频率应该是在30 Hz左右,在其他频率点上振动较小。由剖面下潜过程(开泵)的波数谱可知,开泵时虽然对湍流观测有影响,但是振动频率在波数空间中处于无效观测谱一侧,由此说明平台的振动对剪切信号影响很小。剪切探头测得的耗散率在10-7 W/kg量级上,且都与Nasymth理论谱吻合良好,验证了滑翔机在小尺度湍流观测方面的可行性。     

基于微结构图像的风生微尺度波频率谱初探

利用海面微结构光学测量装置实验获取到的微尺度波图像来给出风生微尺度波的波数谱,在此基础上利用频散关系建立微尺度波波数谱和频率谱之间的关系,最终得到微尺度波频率谱.对微尺度波的频率谱随频率变化的响应进行了研究,发现频率谱与频率的a次方成正比关系,a的值随风速的增加而增加,同一风速下a几乎为定值.     

南海北部台风海浪谱的双峰性和成长性

本论文通过对南海北部三次台风过境期间基于浮标观测的海浪谱进行分析，发现虽然大部分成熟的台风海浪谱为单峰结构，但实际上在台风海浪的成长和衰减阶段，双峰谱占据了很大的比例。双峰谱的形成主要是由于风浪和涌浪的叠加以及不同波分量之间的非线性相互作用，我们可以通过能量密度的成长率对谱型变化进行高效的预报。此外，台风海浪的主要波向依赖于台风中心相对观测点的位置，而波向的分散情况在相距台风中心较远的区域无明显规律。本文提出了一个新的六参数波浪谱型拟合双峰谱，其拟合效果相较于前人的谱型更好。通过验证，形状参数和谱宽度之间的理论关系依然适用于单个谱峰。通过分析谱参量的变化特征，证明了谱参量不仅与台风强度和台风路径相关，还存在很强的交互相关。最后通过拟合海浪谱数据，本文得到了台风影响下海浪有效波高和有效周期之间的成长关系，这对海洋工程实际应用具有重要意义。     

基于微结构图像的风生微尺度波频率谱初探

利用海面微结构光学测量装置实验获取到的微尺度波图像来给出风生微尺度波的波数谱,在此基础上利用频散关系建立微尺度波波数谱和频率谱之间的关系,最终得到微尺度波频率谱。对微尺度波的频率谱随频率变化的响应进行了研究,发现频率谱与频率的α次方成正比关系,α的值随风速的增加而增加,同一风速下α几乎为定值。     

EMD方法和Hilbert谱分析法的应用与探讨

利用EMD方法对海浪观测资料进行处理，通过在数据两端的“平衡位置”处分别附加平行直线段的方法进行端点抑制，分解出10个内在模函数和1个剩余趋势项，再对各内在模函数进行Hilbert变换，得到波浪的Hilbert谱，对所得结果的分析表明，各模态在Hilbert谱中的分布趋势和Fourier谱中谱线的变化趋势是一致的，第一模态的中心频率与Fourier谱的谱峰频率相对应；EMD方法是对非线性，非平稳过程数据进行距平化的好方法，距平化的过程和消除趋势项的处理是统一的。     

海浪产生磁场的能量分布计算

结合前人在海浪功率谱研究以及海浪产生磁场两方面的研究,求出了海浪-磁场系统的传递函数,计算了传递函数的峰值、对应的峰值频率,分析了这些指标随高度的变化.根据理论分析,给出了感应磁场总功率的表达式和峰值频率满足的方程,指出海浪感应磁场是一个窄带随机过程.最后选择几种典型的海浪谱,计算了它们感应的磁场功率谱以及总功率、功率谱峰值、峰值频率以及等效噪声带宽.     

SWAN模式中谱空间离散方案对台风浪模拟的影响研究

分别设计 3 种频率范围和 8 种方向间隔共 24 种谱空间离散方案,采用 SWAN 海浪模式对 Winnie ( 1997 ) 台风浪进行了数值模拟,并利用 Topex/Poseidon 卫星高度计观测的有效波高对各种方案的模拟结果进行对比分析,讨论了不同谱空间离散方案对台风浪模拟的影响.结果表明,频率范围相同的情况下,有效波高的模拟误差基本上随着方向间隔减小而减小,模拟结果对方向间隔分辨率比较敏感.方向间隔相同的情况下,SWAN 模式默认频率范围 ( 0.04 ～ 1.0 Hz ) 模拟效果是所选择的 3 种频率范围中最差的,但不同频率范围模拟结果差别并不十分明显.方向间隔和频率范围存在相互匹配问题,当两者不匹配时会增大模拟误差.     

风浪波分量相速度的测量及其结果的解释

线性海浪谱理论认为：风浪是由多数频率和振幅不等、位相紊乱的简单波动线性叠加的结果。按照此种理论，风浪波分量的相速度应遵从线性波动弥散关系c=g／n(n为圆频率，g为重力加速度)。这种理论究竟在多大程度上符合实际风浪的情况?     

Finite element analysis of two-dimensional nonlinear sloshing problems in random excitations

A two-dimensional nonlinear random sloshing problem is analyzed by the fully nonlinear wave velocity potential theory based on the finite element method. A rectangular container filled with liquid subjected to specified horizontal random oscillations is studied. Both wave elevation and hydrodynamic force are obtained. The spectra of random waves and forces have also been investigated, and the effects of the peak frequencies and spectral width of the specified spectrum used for the generation of the random oscillations are discussed. It is found that the energy mainly concentrates at the natural frequencies of the container and is dominant at the ith order natural frequency when the peak frequency is close to the ith order natural frequency. Some results are compared between the fully nonlinear solutions, the linear solutions and the linear plus second-order solutions.     

Ⅰ.随机海浪列率谱估计方法

首次将列率谱分析的两种谱估计方法：并矢周期图法和并矢相关法引入到随机海浪的研究。文中就不同环境条件下实验室资料，对两种谱估计方法进行了比较，结果表明：两种谱估计方法所得结果非常吻合。     

香港附近海域强冷空气影响下波浪特征及谱拟合

本文以香港附近海域二次冷空气影响下的波浪实测资料为依据,讨论了波浪特征与谱的拟合。这二次实测,一次为波浪成长阶段,而另一次为波浪衰减阶段。而文中的(1),(2)式代表的涌浪谱公式和文献(7)中提出的风浪谱公式不仅适合于香港附近海域强冷空气影响下的海浪谱,而且可以表征南海其它海区不同季节的海浪谱,所以具有很强的适用性。     

浙江中部三门湾波浪特征统计分析

为了研究浙江中部三门湾海域的波浪特征,本文基于AWAC波浪观测仪在该海域进行了连续1年的观测,对观测得到的波浪参数进行了统计分析、线性回归分析,同时研究分析了三门湾海域受台风影响时,波浪参数和波浪谱的变化情况,探讨了波浪变化的原因。研究表明,三门湾海域常浪向和强浪向均为E向,地形是主导因素;显著波高绝大部分在0.8 m以下,期间的最大波高为2.71 m;该海域的波浪特征分布是一个比较典型的瑞利分布;台风“泰利”期间波能谱以双峰为主,外海涌浪和研究海域风区内的风浪形成混合浪,其中0.08 Hz左右的低频涌浪成分占比很大,而0.25 Hz左右的高频风浪成分占比较小。本文的研究工作为沿海海洋工程结构物的设计建造以及防灾减灾提供重要参考依据。     

Nonlinear saturation-based whitecapping dissipation in SWAN for deep and shallow water

This study investigates the effectiveness of a revised whitecapping source term in the spectral wind wave model SWAN (Simulating WAves Nearshore) that is local in frequency space, nonlinear with respect to the variance density and weakly dependent on the wave age. It is investigated whether this alternative whitecapping expression is able to correct the tendency towards underprediction of period measures that has been identified in the default SWAN model. This whitecapping expression is combined with an alternative wind input source term that is more accurate for young waves than the default expression. The shallow water source terms of bottom friction, depth-induced breaking and triad interaction are left unaltered. It is demonstrated that this alternative source term combination yields improved agreement with fetch- and depth-limited growth curves. Moreover, it is shown, by means of a field case over a shelf sea, that the investigated model corrects the erroneous overprediction of wind-sea energy displayed by the default model under combined swell-sea conditions. For a selection of field cases recorded at two shallow lakes, the investigated model generally improves the agreement with observed spectra and integral parameters. The improvement is most notable in the prediction of period measures.     

海浪双峰方向分布的一种物理解释

用 １８个波高计组成的直径为 ４０ｃｍ的圆形阵列在大型风浪槽内系统地测量了风浪和涌浪方向谱。用两种分辨力较高的方向谱估计方法最大似然法（ＭＬＭ）和贝叶斯方法（ＢＤＭ）分析的结果表明：风浪高频域出现的依赖于估计方法的双峰方向分布是一种物理假象;在较成长的涌浪低频域,得到跟传播方向对称、两峰间隔大约６０°－９０°非常规则的双峰方向分布,它跟频率和涌浪的成长状态有关,而跟估计方法无关,这种现象可以用非线性波－波相互作用过弱,在不同方向之间不能有效传递能量来解释。     

两参量的海面阻力系数模式的探讨

从风浪的能量平衡方程出发，引进若干风要素与波要素以及波要素之间的定性关系，经演算可导出海面阻力系数（Ｃｐ）或是风速（Ｕ）和波龄（β）或是Ｕ和波高（Ｈ）的函数，然后沿用最小二乘法，终将得出４组１２个回归方程。当β（或β）或Ｈ为某一给定值，惟有Ｕ为唯一参量时，所提各式均可简化为非线性方程：ＣＤ＝ａ＋ｂ，Ｕ＋ｃ．Ｕ＾２；式中ａ，ｂ和ｃ为三个经验系数，就所检验的例子而言，本文的结果与实际的符合前人的为好。     

Second-Oorder Analytic Solutions of Nonlinear Interactions of Edge Waves on A Plane Sloping Bottom

Based on the full water-wave equation, a second-order analytic solution for nonlinear interaction of short edge waves on a constant plane sloping bottom is presented in this paper. For special case of slope angle b=p/2, this solution can be reduced to the same order solution of deep water gravity surface waves traveling along parallel coastline. Interactions between two edge waves including progressive, standing and partially reflected standing waves were also discussed. The unified analytic expressions with transfer functions for kinematic-dynamic elements of edge waves were also discussed. The random model of the unified wave motion processes for linear and nonlinear irregular edge waves is formulated, and the corresponding theoretical autocorrelation and spectral density functions of the first and second orders are derived. The boundary conditions for the determining determination of the parameters of short edge wave are suggested, that may be seen as one special simple edge wave excitation mechanism and an extension to the sea wave refraction theory. Finally some computation results are demonstrated.