再论台风波浪的波型及其与海岸工程设计波浪要素的关系

本文以实测台风波浪资料对台风影响过程中固定点波浪能量集中度的变化和有效波陡的变化进行分析，得出华南近岸浅水区台风波浪的波型与台风中心位置的统计关系，并进一步阐明了台风过程中固定点出现较大台风波浪的波型是风浪以及用于海岸工程设计的台风波浪亦为风浪的结论。文中还讨论了台风波浪波型对海岸工程建设中的设计波高、周期等要素取值的影响。     

再论台风波浪的波型及其与海岩工程设计波浪要素的关系

本文以实测台风波浪资料对台风影响过程中固定点波浪能量集中度的变化和有效波陡的变化进行分析，得出华南近岸浅水区台风波浪的波型与台风中心位置的统计关系，并进一步阐明了台风过程中固定点出现较大台风波浪的波型是风浪以及用于海岸工程设计的台风波浪亦为风浪的结论，文中讨论了台风波浪波型对海岸工程建设中的设计波高，周期等要素取值的影响。     

畸形波形成的海浪要素特征数值分析

从典型的畸形波事件"新年波"出发,以ECMWF中期再分析风场作为驱动风场,采用WAVEWATCHⅢ海浪数值预报模式模拟畸形波发生海域的海浪场。通过对模拟的海浪要素分析表明,畸形波发生点在发生时刻的风速、波高、波陡处于极大值,波浪周期较长,谱峰频率、方向展角处于极小值;畸形波发生点在发生时刻的海浪谱是单峰谱,谱型尖窄,大部分波浪能量都集中在很小的频率范围内,分布在一个小的范围内,传播方向比较集中。     

利用SWAN波浪模式研究北部湾海域台风浪场的波浪方向谱特征

以高精度再分析风场为驱动，利用SWAN模式模拟了台风“达维”Damrey（2005）经过北部湾海域时的波浪场。通过与实测的风和波浪实测对比发现，波浪后报结果与实测结果符合较好。文章给出了台风浪期间波高、周期、波长和波向等要素的分布特征，讨论了以台风眼为中心不同海域的波浪方向谱特征。本文最后分析了台风期间实测波浪能谱的变化特征。     

青岛近岸海域波浪要素特征研究

本文基于小麦岛海洋环境监测站2014年波浪骑士浮标观测数据以及风速、风向观测数据,对青岛近岸海域波浪要素特征进行了综合分析。整体来看,波浪骑士观测数据质量较高,观测海域以2至3级波高为主,年平均最大波高和平均波周期分别为0.89 m和4.4 s,平均波向主要分布在90°～270°的偏南向范围内,常浪向和强浪向均为东南向(SE)。波高变化与风速较为一致,春、夏季大浪过程较多,以东南向浪为主。通过有效波陡数据分析,得出观测海域以风浪、未成熟涌浪占主。本文利用长期、连续、高精度的波浪方向谱数据,对青岛市近岸海域波浪特征进行分析,对于青岛市近海的海浪预警监测、防灾减灾、海洋工程建设、海上运输等具有重要的参考价值。     

关于波陡的特性

海浪的波陡能同时描述海浪的波高和波长的分布,故已成为合理计算海上建筑物作用力的可靠依据。本文在介绍波陡在实际中应用的同时,结合海洋开发(石油开发、波能开发)的需要提出将波陡换算成波高和波周期的函数,然后连同从天气图后报的海浪资料以及海浪的短期分布资料一起描绘出以波高、周期和波陡为参量的网络图,并确定了波陡在工程上选取的范围。本文还求取了各种特征波陡之间的换算关系,对波陡的某些特性进行了初步分析,阐明了波陡与波高、波周期之间的关系.     

基于实测数据的台湾海峡中部波浪特征分析 *

利用台湾海峡中部2号大浮标2017年全年的实测波浪资料, 对海浪的基本波要素及其与风的相关性、波谱特性进行统计分析, 得出了重要特征波参数之间的回归关系和适合台湾海峡中部的海浪谱形式。研究结果显示: 1) 台湾海峡中部的常浪向是NE向, 强浪向是NNE向, 月均有效波高的变化范围为0.87~2.98m, 7月波高最小, 12月波高最大, 波周期与波高有着相似的月际变化趋势; 2) 主要波浪类型是以风浪为主的混合浪, 谱型上以单峰为主, 波高与风速整体上呈正相关关系, 大浪主要由台风和强劲的东北季风引起; 3) 波浪的平均周期与大部分特征波周期之间具有良好的线性相关性, NNE、NE方向的波浪有效波高和有效波周期线性相关性较强; 4) 相比于Jonswap谱, 规范谱一是更符合本区域的海浪谱模式, 给出了基于有效波高和谱峰周期拟合的规范谱一形式。这些研究成果可为海洋工程设计和波浪数值模拟提供参考。     

基于台风“威马逊”的台风浪数值模拟研究

本文运用ECMWF提供的再分析数据风场,同时加以Jelesnianski-Ⅱ模型生成的风场为驱动风场,建立了一个基于第三代海浪模式SWAN的台风波浪数值模型。以2014年9号台风"威马逊"为例,借助实测的台风期间的波浪要素(波高、波向、周期)数据,与通过SWAN模型的模拟结果作比较,对比结果较好。在此基础上,分析了"威马逊"台风波浪要素的时空分布特征,得出台风移动方向的中心右侧为最大风速区,风速和有效波高均较大,波向基本与风向一致;在台风移动方向的中心左侧,为较小风速区,风速和有效波高比右侧小,并且波向和风向不一致。     

围填海工程对渤海湾风浪场的影响

为了深入了解围填海工程对波浪场特别是风浪场的影响,针对10 a 围填海工程对渤海湾地形岸线的改变,将 SWAN(Simulating Waves Nearshore)海浪数值模式应用到渤海湾,讨论了人类大工程对渤海湾风浪场的影响.采用欧洲气象中心每天4次的风场资料作为驱动,模拟渤海湾2000年和2010年的风浪场,着重分析岸线变化显著的3个港口工程(曹妃甸、天津港和黄骅港)附近海域的波浪要素变化.研究结果表明,工程建筑物存在后,有效波高呈减小趋势,港池和潮汐通道内的有效波高减小幅度较大.港口地理位置和海底地形也与岸线变化共同影响着港口附近海域的波浪场分布.围填海工程对波浪有效波高及周期影响的程度不大,有效波高减小值在0.2 m 以下,周期几乎不变.     

挪威北海最大波高的影响分析

最大波高作为表征海浪强度和危险程度的重要指标,既是设计波浪推算的依据,同时又对海洋预报有重要的作用。基于瑞利分布得到的最大波高公式,不能体现波陡和谱宽度等非线性因素的影响,由该公式得出的理论最大波高与实际观测值有偏差。采用相位平均方法的海浪数值模型分析,可以根据海浪谱计算得到有效波高,却无法给出最大波高。本文通过分析挪威北海定点十年的船测波面资料,得出波浪谱,进一步推算出波陡和谱宽度对最大波高的影响。首先提出一种实测波数的替代方式,然后分别研究波陡和谱宽度对最大波高的影响。研究发现随着波陡和谱宽度的增加,Hmax/Hs逐渐减小,并拟合出最大波高与Cartwright谱宽度参数的公式,得到较好的拟合效果。     

海岛周边波浪能资源精细化勘查与分布特征分析方法研究

为海岛供电，是波浪能开发利用技术的重要应用领域。在海岛周边波浪能资源开发利用之前，需对波浪能资源进行精细化勘查，并在此基础上准确分析掌握工程实施海域的波浪能资源特征，以便开展有针对性工程设计。本文以威海褚岛北部海域为研究目标，结合对历史数据和水动力理论分析，制定精细化勘查方案，并通过代表性验证试验，对方案进行修正，再应用修正后的方案对目标海域进行长期观测。该方法改进了传统的波浪观测方法，更适用于小区域波浪要素的精细化观测，且在保证观测质量的前提下，有效降低了观测成本。另一方面，针对波向四季变化明显，且海岛周边波浪受岛岸线反射和绕射影响且地形变化剧烈的特点，本文利用改进的SWAN（simulating waves nearshore）数值模型计算目标海域波浪能资源，并结合统计学方法，研究波浪能量随波向分布特征的计算分析方法，得出褚岛周边海域全年波浪能量随波向的分布特征。     

潮汐和潮流影响下苏北辐射沙洲海域波浪模拟分析

基于第三代海浪模型SWAN,采用自嵌套的方法提供谱边界条件,对影响苏北辐射沙洲海域的一次冷空气过程和一次台风过程作用下的波浪进行了模拟。考虑到沙洲海域强潮水动力环境,分析了潮位和潮流的变化对该海域波浪的影响。结果表明,沙洲处波高和波周期受潮位影响显著,受潮流影响弱,具有潮周期起伏的特点,而波向受潮位潮流影响不显著;考虑高潮位后,以弶港为界,南北辐射沙洲波高显著增加的区域与波浪传播方向有关:波浪由北向南传播,相差不大,波浪由东向西传播,北部明显大于南部。     

基于多传感器融合的波浪谱数据获取与传输方法研究

波浪谱分析是研究随机波浪、构建波浪模型、计算海浪要素的主要方法,也是海洋工程设计、波浪能应用研究等的重要依据。目前对于现场波浪数据的获取仅局限于波浪特征参数和部分频段数据,为了获取准确有效的波浪谱信息,提出微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)和全球定位系统(Global Positioning System,GPS)测波传感器相结合的波浪谱数据获取方法以及利用北斗短报文数据传输的通信方式。综合考虑波浪谱数据特点和北斗短报文通信能力,波浪谱数据选用半精度数据类型编码并设计了相应的数据传输格式。现场海试结果表明该方法对于全波谱数据计算和传输较为准确,有效波高、峰值周期、平均波向和方向扩展的准确率相比于单独GPS传感器计算结果分别提升了12.5%(0.1m)、5%(0.2s)、8%(13°)和13%(8°),为海浪观测资料获取提供了新方法和新思路,可以进一步满足海洋多要素研究和对完整频谱分析的实际应用需求。     

远区台风“三巴”对长江口波浪动力场的作用机制

针对远区台风对河口波浪动力场的影响问题,利用第三代波浪模式SWAN计算了远区台风"三巴"期间长江口波浪动力场分布,分析了陆架至河口区的波浪能量耗散和波致泥沙侵蚀的时空分布,发现波浪由外海向近岸传播过程中,波-波相互作用导致能量由高频向低频转换,周期和波长逐渐增大,近底层轨道流速增大,能量密度增高;阐明白帽破碎是维持深水区波浪能量平衡和限制波高成长的主要机制,底摩擦耗能和水深诱导的破碎耗能是长江口横沙东滩和崇明东滩邻近海域波高衰减的主要原因;提出波浪产生的底部切应力与相对水深有关,当波浪传播到浅水区时,波长和周期越大,波浪切应力越大。研究揭示了与河口相距数百公里的远区台风能够对长江口波浪动力场产生明显影响,河口水下三角洲前缘是最容易受到波浪侵蚀的区域,研究成果弥补了目前关于陆架远区台风对河口波浪动力场影响研究的不足,对深化认识远区台风对长江口动力环境、地貌演变、航运安全和滩涂保护等有重要科学意义。     

海南岛东南近岸海浪观测及统计特征

根据2012-2013年海南岛东南近岸整年海浪观测资料,初步分析了观测海域的海浪季节变化和统计特征。观测结果表明,观测海域年平均有效波高为1.28m,常浪向为东向(E),平均跨零周期为5.1s。观测海域波浪存在显著季节变化特征,主要表现为冬季型和夏季型两种波浪类型。对比观测期间影响观测海域的台风,发现从观测海域南部经过的台风"山神"对观测海域的影响远大于从北部经过的台风"启德"。台风"山神"使观测海域的波高和周期同步迅速升高到最大值5.77m和7.8s,但波向滞后约12h从东向(E)转为偏南向(SSE)。受该台风影响,各频率和各方向上的能量都迅速增加,谱峰值由高频向低频转换,方向谱由单峰结构向双峰结构转换,即台风导致了观测海域一支偏南向(SSE)浪的出现。     

胶州湾混合浪波要素的分布

文章假定波浪要素分布符合Weibull分布形式,依据1981年第14号台风影响青岛期间于胶州湾观测的波浪资料,给出了混合浪的波高和周期的分布函数,并计算出工程中常用的两种波高和周期与其平均值的关系。还讨论了波高和周期的联合分布,并同理论分布进行比较。     

海口湾海域波浪特征分析

通过在海口湾北部海域布置波浪观测站,对采集到的实测波浪资料进行统计和波谱分析,研究了琼州海峡波浪季节性变化特征。观测期间最大波高为5.6 m,发生在台风"莎莉嘉"经过期间。无台风影响的月份最大波高为3.0 m。年平均十分之一大波波高、年平均有效波高、年平均波高分别为0.5 m、0.4 m、0.3 m,该海域波高总体不大。波周期范围主要在2～7 s区间。研究结果表明:1)观测海区各月基本都受到东北风影响并存在东北向的波浪; 2)发现海区波浪类型主要是风浪为主的混合浪; 3)发现观测海区一直受到南海传入的长周期波影响; 4)海区风向与浪向的一致性在东北季风影响时段明显强于西南季风影响时段,风速与波高的相关性在东北季风影响时段明显强于西南季风影响时段,该现象在台风月份表现得尤其明显。     

基于SWAN模型的南中国海“莫拉菲”台风浪研究

我国的水运工程建设频繁受到台风浪的侵袭。为了对台风浪的防灾减灾提供有益帮助,本文基于第三代海浪模式SWAN建立了南中国海台风浪数值模型,并以“0906”号台风“莫拉菲”为例对模拟结果进行了分析。结果表明,台风风场与波浪场相似,即大小均由中心向外围递减,方向均为逆时针旋转;台风风场呈圆对称分布,而波浪场由于受到海底地形与岸线影响,呈现椭圆对称分布。有效波高等值线亦从中心向外围递减,且形状受地形与岸线影响较大。对台风浪组成机制的探讨结果显示风浪和涌浪均可组成台风浪,且海底地形与岸线(例如岛屿效应)亦对台风浪特性有所影响。     

海南东方近岸海域海浪观测特征研究

利用海南东方近岸海域2014年至2015年间一整年的海浪观测资料, 分析了海浪的时间变化特征。观测时间段内, 有效波高最大值为4.03m, 平均值0.79m; 平均周期最大值为6.32s, 平均值为3.58s。该海域冬季波高较大, 秋季最小, 常浪向为SSW方向, 强浪向为WSW向。基于该长期观测数据, 文章亦研究了平均周期、有效波高之间的关系, 同时还确立了该海域波高与平均持续时间之间的关系。最后讨论了观测时间段内波浪能流密度的变化特征, 发现一年中能流密度大于2kW·m^-1的频率为26%, 且从全年的计算结果来看, 观测位置处12月的波浪能较适宜开发, 但总体波浪能资源不够丰富。文章对于认识海南东方近岸海域波浪特征以及工程设计都具有重要的意义。     

汕头近岸区的台风波浪(一)实测记录的分析

作者选择了汕头近岸区某测点的台风（包括热带风暴和强热带风暴，下同）波浪从下列三个方面进行分析研究：（一）实测记录的分析；（二）后报台风波浪及其基本特征；（三）各种重现期台风波浪要素的确定。力图为该近岸区海岸工程设计中必须考虑的水动力参数提供依据。本文，着重分析了实测台风波浪能量的分布，给出台风过程波浪能量随频率和方向的变化；波浪能量的集中程度以及台风过程测点出现波高最大值时波浪能量随频率和方向的分布等。从实测资料的分析揭示台风波浪能量的结构。