外观海浪谱的比较和验证

不同于通常意义下的海浪谱(以下简称为“内频谱”),外观海浪谱描述的是海浪能量随外观频率的分布,它可以依据表征海浪外观统计特征的波高与调期联合分布从理论上确定.本文在Huang、孙孚等已有工作的基础上,对外观海浪谱进行了较为深入的研究.首先,纠正了Huang等论文中的某些错误,并将Huang、孙孚等据不同的联合分布导出的外观海浪谱进行比较;然后,分别计算这两种外观海浪谱的前三阶矩,并与内频谱的矩进行比较;最后,用实验和现场资料对从理论上导出的外观海浪谱进行验证.结果发现,当谱宽度v≤0.3时,外观海浪谱矩与内频谱矩差异很小,理论谱形与实测结果也非常接近.因而,在实际问题的应用中,若谱宽度不大,则就可以用本文讨论的外观海浪谱去替代目前从理论上尚不能得到的通常意义下的海浪谱.     

三参量的风浪频谱

本文基于风浪由单色波发展为充分成长状态的物理背景,阐明了一种描述谱形变化的谱宽度参量,进而确立了三参量风浪频谱的理论形式。在传统谱形的基础上,通过谱宽度参量的引入而建立了随成长状态变化的形式更为普遍的风浪频谱,在此频谱中不仅包括Neumann谱、P-M谱、JONSWAP谱、Wallops谱等重要的风浪频谱,而且还在谱的高频部分比例于频率的-4次方的假定下,导出另外一种风浪频谱。同时本文还为构造新谱提供了一种方法。     

海浪外观谱及其平衡域

定义了海浪能量的广义或n阶外观分布,导出了n阶海浪外观谱的解析形式,讨论了n阶外观谱的平衡域.结果表明,n阶外观谱的平衡域指数为-(3+n);平衡域指数上界为-3.任何波动现象,只要Fourier迭加原理和射线理论对它们的描述足够准确,则本文的结论皆成立.     

论运动坐标系中的海浪谱

基于Galieo变换，导出了运动坐标系与静止坐标系中海浪谱间的关系。由于海浪是频散的，两者间的关系是频率相关的。运动坐标系中的海浪频谱是与静止坐标系中的海浪方向谱相联系的。以文氏谱作为静止坐标系中的海浪频谱，给出了不同速度下运动坐标系中的海浪频谱。     

浅水海浪谱的初步研究

本文利用渤海、黄海、东海及南海浅水海浪的连续记录,基于谱形相似的原理和参量化方法,建立了以平均坡高、平均周期及相对深度为参量的浅水海浪谱模式.该模式的高频部分频率指数的大小取决于相对深度,不同于菲利普斯[1]负五次方结论.经部分实测资料检验证实,模式的计算结果与实测值是吻合的.     

关于Bretschneider风浪频谱的注记

依据作者提出的海浪能量外观分布，即外频谱的概念，重新推导了Ｂｒｅｔｓｃｈｎｅｉｄｅｒ风浪谱，极大地简化了Ｂｒｅｔｓｃｈｎｅｉｄｅｒ原来的推演过程，并对谱的系数予以订正，将订正后的Ｂｒｅｔｓｃｈｎｅｉｄｅｒ和Ｍｏｓｃｏｗｉｔｚ谱进行了比较，结果表明，两种风浪频谱在数学表述上是完全等价的。     

海浪外观统计与内部结构关系的数值研究

基于数值模拟的三维随机海面,从时间域和空间域两个角度对海浪的外观特征和内部结构间的关系进行了研究,得出了一些在工程应用上有参考价值的结果.文章认为,将波面看作是若干随机正弦波叠加的海浪结构模型,用于描述平稳、均匀和窄谱的海况时,其频谱分析结果与外观统计结果基本上是一致的;但是,当海面处于谱宽度较大的风浪或混合浪状态时,一些频谱分析结果必须经过修正才能应用.同一海况下,海面波动的时间过程和沿主波向的空间分布是明显不同的.当海面有突发性大浪时,外频谱能够很好地反映不平稳海况,而频谱则把这种不平稳性平滑了.文章着重讨论了波长和波陡的计算、频谱和外频谱的差异.     

以海浪波要素表示的外频谱形式

孙孕等（１９９４）提出了外频谱的概念,并推导出外频谱的理论形式,但其控制参量是由内频谱导出的,不便于实际应用,通过对实测海浪数据的分析,得到了控制外频谱的３个和内频谱有关的参量与波浪要素之间的关系,进而将外频谱表示以有效波高和有效波周期作为控制参量的形式,应用实测资料将本文得到的外频谱形式与理论外频谱进行了比较,发现二者符合良好。     

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。     

风浪槽内风浪外频谱谱形的一些特征

利用实验室风浪槽内测得的波面序列资料估计风浪外频谱。通过与实测风浪内频谱的比较,研究实测风浪外频谱的谱形特征,探讨海浪外频谱与内频谱的相似性问题。此外,还检验一种理论海浪外频谱。     

风浪方向分布模式的比较

本文对目前常用的几种风浪方向分布模式进行了分析对比，进而根据由浪高仪阵列和ＥＮＤＥＣＯ９５６测波浮标在我国各海区测得的风浪方向谱，从波能方向分布、方向累积分布、方向分布的峰值和标准差四个方面，与光易恒、Ｈａｓｓｅｌｍａｎｎ和Ｄｏｎｅｌａｎ等分别由观测得到的经验方向分布以及文圣常等由解析方法得到的风浪方向谱进行了比较，结果表明：Ｄｏｎｅｌａｎ分布与实测结果比较一致，文圣常谱也较接近。此外，笔者在渤海由仪器阵列实测方向谱拟合得到的方向分布（改进的光易模式）与各地实测资料也比较符合。     

海浪初始谱误差演变初步分析

为了分析海浪初始场误差对于短期预报的影响,导出了海浪谱能量平衡方程的初始扰动谱线性演化方程,据此分析了数值实践中扰动谱的增长和衰减过程;在特定条件下,将初始扰动谱线性演化方程做了简化,依此考虑扰动谱持续时效问题。分析结果表明,初始谱误差是以指数形式增长或衰减的,即使在衰减情况下。持续时效也至少有1～2d的量级,初始场精度是影响海浪短期预报准确度的一个重要因素。     

北部湾单站海流旋转谱分析

本文对北部湾内一个连续7d的海流观测站的资料进行旋转谱分析。结果表明,该海区潮流属于不正规全日潮,全日周期分量的谱能量与半日周期分量的谱能量的比值为1.7。全日周期分量的椭圆主轴方向为341°,且椭圆主轴方向较稳定。整个流场基本上受顺时针旋转流所控制。总的趋势,在低频段海流的北分量自谱能量远比东分量自谱大。东分量谱相对北分量有一个较短的时间滞后,且北分量与东分量相关性较好。分析结果与以往对测站所在海区观测的潮流准调和分析结果相吻合。     

海水黄色物质荧光特性的初步研究

用荧光测量方法,对被认为可作本底水样的几种水体进行了荧光特性的测量研究。确认了即时处理的Ｍｉｌｌｉ－Ｑ我荧光效应的高纯度水,可作为本研究的本底水样。同时,对海水黄色ｉｌｌｉ－Ｑ水溶液,市售草炭腐殖质Ｍｉｌｌｉ－Ｑ水溶液,青岛近岸海水和褐藻培养液样品进行了光谱特性测量研究。结果表明,海水黄色物质和培养液的黄色物质的激发光谱峰值波长在３４０ｎｍ附近,荧光光谱峰值波长在４３５ｎｍ附近,而草炭腐殖质的激发     

海浪谱高阶谱矩的计算

分析了海浪谱高阶谱矩不存在的原因。在Ｇｌａｚｍａｎ研究结果的基础上计算了目前工程上常用的ＰＭ谱和ＪＯＮＳＷＡＰ谱的０阶到８阶的谱矩值,以方便实际工程的应用。     

分析海浪方向谱的扩展本征矢方法Ⅰ.方法的导出

基于交叉谱矩阵可以按本征值划分为信号和含有噪音部分的思想，提出了一种自直接测量数据估计海浪方向谱的方法。该方法称为扩展本征矢方法（EEV），可应用于单点测量系统、仪器阵列以及由二者构成的复合阵列。现有的某些估计方法（如最大似然方法及其扩展形式等）仅是此方法的某种特例。     

分析海浪方向谱的扩展本征矢方法

采用Ｌｏｎｇｕｅｔ－Ｈｉｇｇｉｎｓ形式的方向分布函数作为已知谱，用模拟数据检验了作者是所提出的估计方法ＥＥＶ合理性，并与扩展最大似然方法（ＥＭＬＭ）及Ｌｙｇｒｅ等（１９８６）的最在熵方法（ＭＥＭ）作了比较，在验证和比较中，使用纵摇－横摇浮标，星形阵形和ＣＥＲＣ阵列作为复合阵列，计算表明，ＥＥＶ优于ＥＭＬＭ和ＥＭＥ。最后将ＥＥＶ和ＥＭＬＭ两种方法应用于仪器阵列的外海观测数据，得到了比较合理的海浪方向     

多向随机波浪的方向谱分析

针对由多点波面资料进行方向谱分析过程中发现的问题，利用数值模拟的方法研究了互谱分析中光滑点数，光滑次数，采样长度，采样间隔，波浪入射方向，波浪的多向性等因素对方向谱分析结果的影响，得出一些有意义的结论。     

太平洋海温场的变化与地球自转速度的关系

本文通过交叉谱分析揭示了地球自转存在１５２个月,１２个月和６个月的显著周期。赤道东太平洋ＳＳＴＡ存在３８个月,２１４个月,５１个月和３个月的显著周期,并且二者在３８个月和１５２个月的周期上关系密切。落后时间长度谱显示,对于３８个月和１５２个月的周期,海温的变化能影响地球自转的速率;而对于２１４个月的周期,地球自转的变化能影响海温场的变化,但此为次要因素。     

风浪频谱中的特征量

在三参量风浪频谱的基础上对谱参量进行深入地研究,给出了谱参量与风场要素、波场要素的关系,提供了依据风场要素、波场要素及实测波浪资料计算谱参量的方法。从而可以依据上述因素直接计算出三参量风浪频谱。此外还根据谱宽度的变化,描述了风浪频谱的成长方式,解释了传统的波陡、波龄关系中经验常数的不同选取所代表的物理背景。