1957～2002年南海—北印度洋海浪场波候特征分析

利用ERA-40海表10 m风场驱动第三代海浪数值模式WAVEWATCH-Ⅲ,得到南海—北印度洋1957年9月至2002年8月的海浪场,并分析其波候(风候)特征.研究发现如下主要特征:(1)该海域的波高波向、风速风向受季风影响显著;(2)北印度洋大部分海域的海表风速呈显著性逐年线性递增趋势,大约0.01～0.02 m/(s·a),南海线性递增的区域则较少,有效波高呈显著性逐年线性递增的区域主要集中在低纬度中东印度洋(约0.003～0.006 m/a)、索马里附近海域(大约0.002～0.005 m/a)、南海大部分海域(约0.002～0.004 m/a),线性递减的区域主要集中在孟加拉湾海域(约-0.002 m/a);(3)Nino3指数与南海—北印度洋的海表风场、浪场存在密切的关系;(4)南海—北印度洋的海表风速与有效波高存在5.2a左右的共同周期,南海的海表风速、有效波高还存在2.0a左右的共同周期,北印度洋的海表风速、有效波高还存在26.0a的长周期震荡.     

近45 年北印度洋海表风、浪特征研究

基于第三代海浪数值模式(WAVEWATCH-Ⅲ),以ERA-40海表风场为驱动场,得到北印度洋1957年9月～2002年8月的海浪场,并分析其特征.研究发现,北印度洋1958～2001年年平均海表风速和有效波高均呈缓慢递增趋势;北印度洋的海表风速、有效波高存在2.36～5.2 a左右的共同周期及26 a的长周期震荡;北印度洋海域年平均海表风速、有效波高的突变形势与冬季相似,突变期在20世纪80年代初.本研究可以为在北印度洋这一重要战略通道上作业的船只提供重要参考.     

南海海表风速、波高的变化趋势

文章以ERA-40资料为基础,利用EOF方法分析南海海面风速、波高的两个模态空间分布,系统计算1957—2002年南海海表风速、波高的空间分布特征、长期变化趋势和突变现象。分析结果显示,南海海面风、浪场的第一模态具有很好的相似性,第二模态已表现出不同的特征;第一模态的时间系数也表明风场和波高的变化特征具有明显的正相关性,而且波高的响应具有一定的滞后性;南海风速场和海浪场在1973—2002年都存在下降趋势,海浪场的下降趋势更为显著。     

基于HY-2 卫星观测分析南海风浪关系

海面有效波高(H1/3)是表征海浪的重要参数,随着卫星遥感技术的发展,雷达高度计已成为获取海面有效波高的重要手段,但也只能对卫星星下点轨迹处进行有效观测,远无法满足大范围应用的需求.本研究结合2013年10月HY-2雷达高度计观测的海面有效波高和微波散射计观测的海面风场资料,分别对高、低风速下风浪数据进行拟合,建立了适用于0~40 m/s风速范围内的南海海域风浪关系模型,经模型比对和结果验证,结果表明,基于HY-2卫星数据分析建立的南海海域风浪关系模型是可信的,特别是低风速的风浪模型与实测数据建立的风浪模型具有很好的一致性;根据建立的风浪关系模型,从卫星散射计大面观测的海面风场出发,能推算出风浪条件下海面有效波高的大面信息,数据覆盖远高于卫星高度计的星下点观测,能为分析和预报海浪、风暴潮灾害提供大范围的海面有效波高信息.     

1988—2009年中国海波候、风候统计分析

利用高精度、高时空分辨率、长时间序列的CCMP(Cross-Calibrated,Multi-Platform)风场,驱动国际先进的第三代海浪模式WAVEWATCH-Ⅲ(WW3),得到中国海1988年1月～2009年12月的海浪场。对中国海的波候(风候)进行精细化的统计分析,分析了海表风场和浪场的季节特征、极值风速与极值波高、风力等级频率和浪级频率、海表风速和波高的逐年变化趋势,结果显示:(1)中国海的海浪场与海表风场具有较好的一致性,尤其是在DJF(December,January,February)期间;海表风速和波高在MAM(March,April,May)期间为全年最低,在DJF期间达到全年最大;MAM和JJA(June,July,August)期间,中国海大部分海域的波周期在3～5.5s,SON(September,October,November)和DJF期间为4.5～6.5s。(2)中国海极值风速、极值波高的大值区分布于渤海中部海域、琉球群岛附近海域和台湾以东广阔洋面、台湾海峡、东沙群岛附近海域、北部湾海域、中沙群岛南部海域。(3)吕宋海峡在MAM、SON、DJF期间均为6级以上大风和4m以上大浪的相对高频海域,JJA期间,6级以上大风的高频海域位于中国南半岛东南部海域,4m以上大浪主要出现在10°N以北。(4)在近22a期间,中国海大部分海域的海表风速、有效波高呈显著性逐年线性递增趋势,风速递增趋势约0.06～0.15m.s-1.a-1,波高递增趋势约0.005～0.03m.a-1。     

基于ERA-Interim资料近37年南海波浪时空特征分析

基于ECMWF的ERA-interim37a的风场及海浪场再分析资料,探讨了南海海域波浪的时空分布特征,主要分析了波浪场和风场的空间分布、季节特征以及4个海域(南沙、西沙、中沙、东沙)波高与周期的联合分布以及南海波高的长期变化趋势。结果表明:南海海域的有效波高大值区呈东北-西南走向,且具有明显季节性变化特征,波高与风速以及波向与风向整体相关性较好;有效波高和波周期有良好的对应关系,不同区域波高与周期联合分布相近。1979—2015年期间,南海大部分海域的有效波高呈逐年递增趋势,其量值约为0.2~0.8 cm/yr。本文的研究成果,对南海远洋运输、海洋工程设计、岛礁建设及海洋能开发与利用等有着重要的参考价值。     

南海北部海区波高与厄尔尼诺关系探究

以欧洲中期天气预报中心的23年再分析风场数据为基础,采用HIRHAM风场模式和SWAN海浪模型对南海北部海域的波浪场进行推算,并将南海北部海域的有效波高与厄尔尼诺指数作对比,探究两者的关系,分析结论如下：（1）南海海域波高具有较强的季节性变化特征,冬季波高大于夏季波高;（2）南海北部海域月平均波高与Niño3.4指数呈负相关,大部分海域呈中度相关,台湾和菲律宾之间的部分海域呈高度相关;（3）在强厄尔尼诺年,南海北部海域的有效波高明显偏小,且厄尔尼诺指数变化越大,波高越小;反之,在强拉尼娜年,南海北部海域的有效波高较大。     

石岛海域海浪数值模拟及特征分析

本文基于SWAN(Simulating Waves Nearshore)模式研究了2001～2016年石岛海浪有效波高的季节和年际变化特征,评估了不同区域风场对其贡献,并探讨了其与ENSO的关系。结果表明,石岛有效波高受黄海季风系统的影响呈现显著的季节变化:12月份最大, 6月份最小, 1%大波有效波高季节变化不显著。石岛有效波高年际变化信号显著,其与风速年际变化之间的关系存在季节性差异:石岛有效波高和石岛、黄海区域平均风速不同月份的年际异常分别在7、10月份相关性较高,而石岛1%大波有效波高和石岛、黄海区域平均1%大风风速不同月份的年际异常则在8月份左右相关性最高。不同区域风场对石岛有效波高场的影响也呈现了季节性差异:夏季,黄海南部区域风场对石岛海浪的贡献较大,而石岛风场的贡献较小;冬季,石岛风场的贡献较大。ENSO(El Ni?o-Southern Oscillation)事件会对石岛有效波高的年际变化产生一定的影响,但影响比较小。本研究旨在对石岛海浪在季节和年际尺度上的变化特征以及风场等影响因素进行研究,对该海域海浪场进行了详细的认识,对了解该海域海浪有重要意义。     

高度计波高数据同化对印度洋海域海浪模式预报影响研究

为提高海浪模式预报的精度,改善初始场是途径之一。研制了基于最优插值(OI)方法的海浪数据同化并行程序模块,并将其植入第三代海浪模式WAVEWATCH IIITM,建立了印度洋海域海浪同化预报方法,使用卫星高度计波高数据进行了同化预报试验。OI模块的并行设计使得植入同化模块的海浪模式仍能以并行方式运行。文中5°S以北印度洋海域为目标区域,嵌套在WAVE-WATCH IIITM的全球网格中,使得目标区域开边界条件得到较好解决。同化数据使用Jason-2高度计测量有效波高(SWH)沿轨数据。海浪同化预报模式由大气模式WRF(Weather Research andForecasting)输出的1小时一次的海面10 m风场驱动。将同化的模式结果(SWH)、无同化的模式结果(SWH)分别与高度计沿轨数据(SWH)进行比较,表明同化改善模式预报初始场的效果是明显的。以同化初始场出发进行海浪预报试验,结果表明,高度计波高数据同化在一定程度上可改进海浪短期预报的精度。     

印度洋-南海海域海表风场的时空分布特征

利用来自ECMWF的ERA-40风场资料,采用EOF、线性回归等方法,分析了1958-2001年期间印度洋-南海海表风场的时空分布特征。结果表明：（1）该海域背景特征存在两个比较明显的高值区：索马里附近海域、南海海域,分别反映的是夏季索马里附近海域强劲的西南季风、南海冬季频繁的冷空气。（2）该海域海表风场的第二模态在空间分布特征上,北印度洋中纬度海域与赤道附近海域呈反位相分布,40°S 与60°S 海域也呈反位相分布;第三模态则整个北印度洋与南印度洋呈反位相分布。（3）1958-2001年期间,印度洋-南海的海表风速整体上呈显著性逐年线性递增,尤其以1975-1980年期间的递增趋势最为强劲,1975年的年平均风速为近44年的最低点。     

Breaking wave forces and velocity fields

A new technique for measuring velocities under breaking wave crests using laser-doppler anemometry has been developed. Results may be obtained at positions up to 4 millimeters from the crest.A wave field is presented for a vertically fronted wave and comparison is made with an appropriate numerical study. The velocities obtained are far in excess of the predictions of linear theory.Measurements have also been made of the forces produced by this wave on a horizontal cylinder. Comparisons with large regular waves indicate that forces due to breaking waves can be up to five times greater for similar wave heights.     

Oceanographic and sound speed fields for the ESME workbench

The authors describe the effort to provide three-dimensional global thermohaline and sound speed fields for use in the effects of sound in the marine environment (ESME) workbench suite of programs. The primary fields used are from the modular ocean data assimilation system (MODAS), developed by Fox et al. The system provides global thermohaline and sound speed fields on a daily basis using environmental inputs from the U.S. Navy as well as remote sensing of sea surface temperature and sea surface height. To examine the MODAS fields, the authors also used data from the Southern California Bight collected by the California Cooperative Fisheries Investigations as well as high-resolution hydrographic data collected over the continental shelf south of New England as part of the shelfbreak PRIMER experiment. MODAS performs well for features such as large-scale boundary currents and eddies but is more limited in resolving features such as shelfbreak and coastal fronts, which have small spatial and temporal correlation scales. Because of the considerable computational needs of other ESME modules and its use as a planning tool, the authors present a pragmatic approach for future applications.     

About the relationship between acoustic fields and hydrological fields in the area of a mesoscale eddy in the Black Sea

This paper discusses the application of acoustic sounding with the purpose of identifying vortical features in the sea. Analysis of the results of a multidisciplinary acoustic/hydrological experiment conducted in the Black Sea has revealed a stable recurrent correlation between the amplitudinal variance of echo signals, on the one hand, and the peculiarities of water temperature fields, on the other. Given these characteristics, the peripheral and the central areas of a mesoscale eddy essentially differed. This allows us to apply acoustic sounding to identify mesoscale eddies in the sea. Translated by Vladimir A. Puchkin.     

非线性波消波及波场分布研究

本文基于雷诺平均N-S方程,并结合RNG k-e方程建立了粘性数值波浪水槽,对不同波陡、不同相对水深、不同相对波高的非线性规则波的阻尼消波问题和波场分布进行研究。文中提出了两种描述消波区内部阻尼变化的阻尼函数,分别适用于小波陡情形和高波陡情形。研究结果表明,小波陡组消波区可设为一个波长,阻尼系数取10~4～10~5即可满足消波要求,计算结果与实验结果及造波理论吻合良好;高波陡组消波区可设为两个波长,阻尼系数取10~4～10~5亦可满足消波要求,计算结果与实验结果吻合良好。此外,当波陡较小时,波场内反射情况的小幅改变即可对整个波场造成影响,特别是当水深较浅时这种影响极为明显,需谨慎考虑。当波陡较大时,水波能量较高,整个波场沿水波传播方向可观测到明显的衰减现象,在具体试验中需进行考虑。     

半潮堤前的反射形态与时均流速场分析

采用模型试验和数值模拟研究了不同水深工况下半潮堤前的反射形态及时均流速场。基于Hilbert变换建立了叠合波的时频分离技术,同时获取了入射波和反射波的波面过程及相位关系,通过试验数据证明其适用于不同反射程度的波浪信号分析。不同水深工况下,半潮堤前形成了部分立波系统,腹点和节点分别以四分之一波长的偶数倍和奇数倍交替增加。半潮堤前底床水质点水平速度包络图与波面包络图相差四分之一周期的相位,水平速度的极大值和极小值分别出现在波面包络图的节点和腹点,意味着节点处易形成冲刷,腹点处易形成淤积。3种工况的周期平均速度场均在迎浪基床上方的堤脚处存在一个小型环流系统,可能引起局部冲刷,此处需加强防护。淹没工况下,半潮堤前的周期平均速度场形成一个大型环流系统,表层水流向堤后,中下层水流向海侧,意味着底床悬起的泥沙很可能向离岸方向流失。     

Variations in the Baltic Sea wave fields

The surface waves in the Baltic Sea are hindcast with the spectral wave model HYPAS during a 12-month period. The model results show a strong temporal and spatial variation in the wave field due to the physical dimensions of the different basins and the predominant wind field. The highest waves in the area are found in the outer part of Skagerrak, as well as in the central and southern parts of the Baltic Proper. To get significant waves above 6 m high, strong winds (15–20 m/s) must have been blowing for 6 to 24 h from a favourable direction over a deep area.     

Tomographic reconstruction of shallow water bubble fields

In March of 1997, a shallow water experiment was conducted near the Scripps Pier in La Jolla, CA, USA. The goal was to determine the dynamics, distribution, and acoustic effects of bubbles just offshore from active surf. A major component of the experiment was the “Delta Frame”, an apparatus that supported two acoustic sources and eight receivers. Acoustic intensity was measured at frequencies between 39 and 244 kHz over the resulting 16 horizontal ray paths. Paths ranged in length from 2.5 to 8.6 m. In the present paper, a tomography algorithm is developed and implemented using Delta Frame data. Measurements are combined to produce quantitative cross-sectional images of the attenuation associated with the bubble cloud. Numerical simulations predict that the Frame ran resolve details of the field down to about 2 m. Images constructed at different acoustic frequencies are scaled and compared. A 5-min sequence of images is studied in detail. Swell waves are shown to cause rapid fluctuations in the images