海浪外频谱的一种表示

基于孙孚提出的海浪波高与外观频率的联合概率分布及海浪能量的外观分布概念，定义了一种新的外观分布，导出了其外频谱的解析形式，并讨论了它的一些性质。结论表明，本文提出的外频谱在高频处比例于外观频率的负4次方，与通常海浪频谱的高频特征相同，但不同于孙孚导出的负5次方的结论；二阶矩与海浪频谱的二阶矩完全相同，此结论亦与孙孚导出的结果不同。     

均匀介质n维随机波动的空间结构

研究了均匀介质中n维随机波动的空间结构.导出了外观振幅、波数和相位的联合分布,据此分布,所有与空间有关的波要素的统计分布皆可导出.定义了外观波数谱并得到了其平衡区指数的上界为一(n+2).二维时,海浪外观波数谱平衡区指数的上界与Phillips通过动力学分析导出的Fourier波数谱平衡区指数完全一样.     

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.     

均匀介质n维随机波动的空间结构

研究了均匀介质中ｎ维随机波动的空间结构．导出了外观振幅、波数和相位的联合分布,据此分布,所有与空间有关的波要素的统计分布皆可导出．定义了外观波数谱并得到了其平衡区指数的上界为一（ｎ＋２）．二维时,海浪外观波数谱平衡区指数的上界与Ｐｈｉｌｌｉｐｓ通过动力学分析导出的Ｆｏｕｒｉｅｒ波数谱平衡区指数完全一样。     

海浪外观波数谱与谱宽度最优确定

本文将外频谱转化为外观波数谱并设计了计算处理模式,提出了一种谱宽度参量的优化方法,为进一步研究海浪特征资料提取谱值和应用奠定基础。数值试验验证了此方法的可行性,但在高海况下风浪过程复杂,优化出的谱宽度偏大,外观谱解析形式需进一步改进。     

海浪外观波数谱与谱宽度最优确定

本文将外频谱转化为外观波数谱并设计了计算处理格式,提出了一种谱宽度参量的优化方法,为进一步研究海浪特征资料提取谱值和应用奠定基础。数值试验验证了此方法的可行性,但在高海况下风浪过程复杂,优化出的谱宽度偏大,外观谱解析形式需进一步改进     

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.     

微尺度滑动平均方法计算海浪谱奇阶矩的公式

Glazman提出了一种计算海浪谱高阶谱矩的微尺度平均方法,但是,他利用随机过程理论导出的计算偶阶矩的公式和参照偶阶矩结论定义的奇阶矩计算公式之间存在着内在的不一致性.本文在Glazman工作的基础上根据随机过程理论推导了“微尺度平均方法”计算奇阶谱矩的公式,纠正了他的错误.上述结论随即应用于讨论破碎对波面水质点水平速度分布的影响.通过破碎的加速度判据考虑了破碎对速度分布的限制,给出了未破碎波面上水质点水平速度的的统计分布的初步结果.该分布取决于谱宽度参数及白浪覆盖率的大小,当白浪覆盖率较大时明显偏离正态分布.     

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。     

海浪波群波高的统计分布

本文根据Rice和Longuet-Higgins提出的波群包络线统计理论,导出了波群包络线最大值和波群波高的统计分布.只要计算出海浪谱及各阶矩,便可由海浪波高得到波群波高,本文应用截断的P-M谱计算得到了理论分布曲线,并用外海和实验室资料进行了比较.     

风浪波高和周期的联合概率密度分布

本文采用有代表性的44008美国国家浮标站2003年1～3月实测的海浪谱密度资料,选取三次大风过程进行风浪谱分析。通过对实测平均海浪谱与PM谱、JONSWAP谱及Torsethaugen谱的比较,得到PM谱拟和最好。然后用国际上最先进的随机波分析方法,根据协方差矩阵的循环嵌套技术,以实测平均谱与PM谱为靶谱,对随机波面进行模拟。得到由模拟波面统计的特征值及估计的谱与实测谱结果极为相近,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Longuet-Higgins(1983)模型计算波高-周期联合概率密度分布,得到变换高斯过程计算的波高、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。     

海浪显著波峰高度的分布

依据海浪的线性理论,本文导出了波面与其包络线交点高度的分布,在为窄谱情形时,可以将这种分布视为海浪显著波峰高度的分布,谱宽度所产生的影响可以明显看出。文中对此分布的性质进行了较详细的讨论,验证结果表明理论与实际情形有较好的符合。     

广东阳西近岸海域海浪谱分析

根据广东阳西近岸海域测站1a实测共4 949组的原始随机波面观测记录,用自相关函数法和快速傅里叶变换法进行谱估计,得到波谱各特征参数,并与实测波面统计的特征值进行比较,经分析,选用快速傅里叶变换法估计研究海域的实测谱,对粗谱进行平滑和分析,筛选出研究海域海浪的样本谱498个,将平滑后的谱形无维量化,得到广东阳西海域海浪无维量平均谱曲线并求出对应谱参数,计算得到谱峰频率f0为0.121,特征频率μ10、μ20分别为1.929、2.733,谱宽度ε、ν为0.83、1.39.采用5种理论频谱模式对实测无维量谱进行拟合,根据拟合结果推荐γ=1.920 5的JONSWAP谱或者b=5.7、δ=6.0、k=0.5的莆田谱作为广东阳西近岸海域的海浪谱型,对该海区的工程建设、海浪预报警报和海浪理论研究具有较好的参考作用,对我国其他类似海域也有一定的参考价值.     

海洋白浪覆盖率模式的研究

在波面位移为均匀正态分布的假定下,导出以海浪谱矩为参量的波面斜率分布函数,依此函数,利用极限波面斜率为波浪破碎判据导出依赖于海浪谱四阶矩的白浪覆盖率的表示式,又通过Ｋｒｙｌｏｖ谱和ＳＭＢ海浪预报方法的经验公式,将海浪谱四阶矩代之以风要素,从而首次建立了一个依赖于风速和风区两者的半理论,半经验的海洋白浪覆盖率模式,此模式给出了结果与Ｍｏｎａｈａｎ汇集的海洋白浪覆盖测量数据符合颇佳。     

海浪资料的平滑和海浪谱谱矩估计

基于海浪谱估计理论，按谱估计方法导出了离散波面记录平滑处理后的谱形式，并计算了由各阶谱矩表示的谱宽度。指出平滑后的离散波面记录产生了新的随机过程，它们和原离散波面记录的内部结构和外部特征是完全不同的。但高阶矩表示的无因次谱宽度，即ε5=√1-m5^2/m4m6,ε7=√1-m7^2/m6m8几乎不受平滑（N=2，N=3）的影响，和原始谱的对应值相吻合。通过离散波面记录求导处理得波面速度谱，与理论转换得速度谱结果几乎完全一致。     

海浪能量谱的折绕射研究Ⅰ——缓坡上的联合模型

本文给出缓坡上海浪能量谱的折绕射联合模型,在给定频率和谱的零阶矩下,模型简化为规则波的折绕射联合模型.文中对三种半椭圆形斜坡底形进行了数值计算,分析比较了用海浪能量谱表示的随机波的和简单波的折射模型和折绕射联合模型的计算结果,也分析了随机波的折射谱和折绕射谱的谱形变化.说明联合模型计算结果是合理的,有应用价值的.     

基于三阶斯托克斯波的谱估计及海浪数值模拟研究

为了拓宽建立深水非线性海浪频谱模型的研究途径,基于三阶斯托克斯波理论,提出了以改进的三阶斯托克斯波为组成波,以修正的自回归模型(AR)谱估计方法得到的估计谱(简称新谱)为靶谱的非线性海浪模型。通过基于模拟频谱和相位谱反演海浪波面高度时间序列(以下简称海浪时历反演方法)的谱比较方法验证了新谱的优越性,为从根本上解决精确评估海浪谱提供了技术支撑,对于增强未来掌控海战场具有重要意义。     

1156测波仪资料的外方向谱计算方法研究

基于海浪的外观特征提出了一个用1156测波仪资料计算海浪外方向谱的方法，并与S4测波仪同步资料的海浪外方向谱进行了比较，得出1156外方向谱、S4外方向谱和1156方向谱三者主波向的一致性在80％以上。两种外方向谱的谱图也极为相似。1156海浪外方向谱80％能量展角大于S4海浪外方向谱80％能量展角，这可能与1156测波仪受海面风和表层流影响较大有关。分析说明1156与S4的海浪外方向谱其代表性都是可以肯定的，且方法简单、实用，很有必要与直接观测的外方向谱进行比较，以确定这种计算方法的实用价值。     

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.     

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。