稳定风浪场谱特征量间的关系

风浪宏观特征量是描述风浪场特征的重要物理量。作者基于风浪有停留在混乱运动状态的趋势的性质对风浪场特征量间的关系进行了研究。主频波频率附近的波动自风摄取能量,风浪吸收的能量通过非线性相互作用在谱中重新分配。谱中能量的重新分配产生多尺度波动,这导致风浪波面的混乱运动(风浪处于混乱运动状态)。在稳定状态,风浪运动最为混乱。当风浪状态偏离最混乱运动状态,谱中非线性相互作用引起的能量重新分配将使风浪回到该状态。基于线性海浪理论导出风浪场特征量间的关系。导出的关系与观测结果进行了对比,发现理论结果与观测结果很好地符合。风浪场宏观特征量间存在固有关系。尽管目前风浪场特征量关系的观测结果存在差异,但本文中证明,所导出的理论关系与实验结果很好地符合。     

四种典型方向谱模式在渤海海域的应用

本文根据仪器阵列测量和“956”测波浮标获得的风浪个例方向谱资料,从总能量的观点出发,比较和检验了Mitsuyasu、Donelan、Hasselmann由观测得到的风浪方向谱以及文圣常等由解析方法得到的理论风浪方向谱.从而得到Mitsuyasu方向谱与渤海海域充分成长状态的实测风浪方向谱吻合程度最好.Donelan和理论风浪方向谱与风浪所有成长状态的实测结果比较一致,尤其与风浪的初始成长和成长状态的实测结果一致程度为最好.     

南海海浪场与厄尔尼诺的相关性分析

利用来自ECMWF具有较高时空分辨率的近45年ERA-40海表风场资料和将风浪、涌浪分离的ERA-40海浪再分析资料,分析了南海海表风场、海浪场与厄尔尼诺的相关性.研究发现:(1)南海的海表风场、海浪场与nin03指数有着密切的关系,其中涌浪、混合浪与nin03指数的相关性好于风浪;7月和10月海浪场与nin03指数的相关性好于1月和4月,其中4月相关性为全年最低.(2)南海海表风场、风浪、涌浪、混合浪场第一模态空间分布均呈现东北-西南走向的高值区分布,风浪场与海表风场具有较好的对应关系,而混合浪场则更多的是包含了涌浪的信息.(3)南海海表风场、风浪、涌浪、混合浪场存在3-3.75年的共同周期.南海的海表风场、风浪场与nin03指数存在的3.3年左右、5年左右的共同周期,涌浪场、混合浪场与nin03指数存在的3-4年左右的共同周期.     

华南沿岸浅水台风风浪频谱的初步探讨

在深水海浪向近岸浅水区传播的过程中,由于变浅作用,海浪的频谱发生了相应的变化。文章以华南沿岸实测浅水台风风浪资料为基础,通过分析比较深水风浪频谱与实测台风风浪频谱的不同,并对实测资料进行统计处理,得出适用于华南沿岸浅水台风风浪的频谱。文章还将该频谱与已有的两种深水风浪频谱和Basinski－Massel浅水风浪频谱进行了比较。     

太湖风浪场的计算与比较

首先探讨了浅水风浪数值模型—SWAN模型应用于模拟内陆湖泊风浪生成和传播变形时的特点。该模型存在不能有效地模拟近固壁边界处风浪场的缺点,以能正确地模拟湖区的风浪场和节约计算时间为原则,确定了计算范围。对太湖进行了风场和风浪场的现场观测。分别利用规范公式和SWAN模型两种方法、根据观测和预报的风场计算了湖区的有效波高,并将计算结果和现场观测值进行了详细比较。结果表明基于观测的风场,利用两种方法所计算的太湖风浪场的精度基本相当;在根据观测的风场、利用SWAN模型计算内陆湖泊的风浪场时,需要精心选择恰当的风场;在根据预报的风场预报湖区风浪场时,SWAN模型的精度要高于规范公式的精度。     

海浪方向谱阵列资料实例分析

根据傅氏级数展开法和贝叶斯方法,对现场获得的阵列资料进行了方向谱实例分析。结果表明,实测风浪方向谱能量的相对分布与相应的波场类型密切相关。涌浪和由稳定风场引起的风浪方向谱各组成波能量相对于方向呈单峰对称分布。大风引起的风浪方向谱能量的相对分布,虽也近似为单峰,但对称性差。不同波场类型的风浪方向谱各组成波的谱密度极值方向不同,表明不同频率的组成波有不同的主方向。     

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。     

华南沿岸浅水台风风浪频谱的初步探讨

在深水海浪向近岸浅水区传播的过程中,由于变浅作用,海浪的频谱 相应的变化。章以华南沿岸实玫水台风风浪资料为基础,通过分析比较深水风浪频谱与实测台风风浪频谱的不同,并对实测资料进行统计处理,得出适用于华南沿岸浅水台风风浪的频谱。章针该频谱与已有的两种深 浪频谱和Ｂａｓｉｎｓｋｉ－Ｍａｓｓｅｌ浅水风浪频谱进行了比较。     

基于模型风场的台风浪数值模拟

利用Ueno台风风场模型构建了1211、1214、1215号台风风场,并以此作为驱动WAVEWATCH-III海浪模式的外界强迫场,计算得出了对应的台风浪场,通过与浮标观测资料对比分析,有效波高相关性均达80%及以上,模拟结果较为理想,可有效弥补现场观测资料的不足,为海洋工程设计以及防灾减灾提供技术保障。     

海浪方向谱阵列资料实例分析

根据傅氏级数展开法和贝叶斯方法,对现场获得的阵列资料进行了方向谱实例分析,结果表明,实测风浪方向谱能量的相对分布与相应的波场密切相关,涌浪和由稳定风场引起的风浪方向谱各组成波能量相对于方向呈单峰对称分布,大风引起的风浪方向谱能量的相对分布,中也近似为单峰,但对称性差,不同波场类型的风浪方向谱各组成波的谱密度极值方向不同,表明不同频率的组成波有不同的主方向。     

基于影像纹理特征和外部风向的星载 SAR 海面风场反演研究

在合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)海面风场反演中,基于风条纹影像纹理特征的海面风向反演方法精度高,但是依赖于图像风条纹的存在,而外部风向信息与SAR资料时空分辨率不易匹配、精度较低,从而影响大面积、高分辨率海面风场反演的精度。针对此问题,提出一种将SAR图像风条纹线性纹理特征与外部风向信息相结合的星载SAR海面风向获取方法,在SAR影像线性纹理特征明显的区域采用二维连续小波变换得到高精度的海面风向,其余区域采用与之时空相匹配的数值预报模式风向填充;并利用地球物理模型函数进一步得到海面风速,进而实现高精度、大范围海面风场的反演。为验证本文方法的有效性,利用ENVISAT/ASAR数据进行风场反演试验,并将反演结果与浮标实测数据进行比对。结果表明:在线性纹理特征明显的区域,小波方法的反演精度优于快速傅里叶变换(FFT)法和数值预报模式风向;外部风向精度略低,但与SAR观测资料时空匹配性较好,弥补了风条纹风向的不足。二者的结合为星载SAR海面风场反演的业务化应用提供了支持。     

Buoy measured wind, wind stress and wind stress curl over the shelf off Bodega Bay, California

An array of five buoys and three coastal stations is used to characterize the winds, stress, and curl of the wind stress over the shelf off Bodega Bay, California. The wind and wind stress are strong and persistent in the summer and weak in the winter. In the summer, wind and stress decrease strongly across the shelf, toward the coast. Combinations of buoys are used to compute the curl of the wind stress over different portions of the shelf. The mean summer 2001 curl of the wind stress over the array depends upon the area selected, varying between −1.32×10⁻⁶ and +7.80×10⁻⁶ Pa m⁻¹. The winter 2002 wind-stress curl also depends on location, varying from −2.06×10⁻⁶ to +2.78×10⁻⁶ Pa m⁻¹. Mean monthly curl of the wind stress is a maximum in the summer and a minimum near zero in the winter. In both the summer and the winter, the correlation between the wind-stress curl for different portions of the shelf varies between moderate negative, though insignificance, to high positive. A wind measurement at a single point can be poorly related to the measured curl of the wind stress at other locations over the shelf. The measurements show that the use of one wind measurement to characterize the curl of the wind stress over the shelf without further investigation of the local wind-stress curl structure is risky.     

Negative correlations of variations in near-water wind and surface wind waves

The relationship between the intensity of surface wind waves and near-water wind is analyzed. The data of measuring wind waves and near-water wind under natural conditions in the Black Sea (July 2004) and Norwegian Sea (June 2003, 16th cruise of the R/V Akademik Sergei Vavilov) are used. A phenomenon of negative correlations has been found between the intensity of wind waves and near-water wind in regions of substantial restructuring of wind waves in the field of inhomogeneous flows: wind-wave amplification during wind decay and vice versa. Examples of such observations are presented, a theoretical model is constructed for the observed phenomenon, and a good agreement is obtained between theory and experiment.     

Dispersal of droplets over breaking wind waves under the direct action of wind

This paper describes the dispersal of droplets over breaking wind waves under the direct action of wind, based on a comparison between the actual distribution of droplet velocity and the wind field measured in a wind-wave tank (reference wind speed 16 m sec^–1). The velocity distribution of droplets with a diameterd>0.81 mm over breaking wind waves was measured by Koga (1981). In this paper the wind field over breaking wind waves is measured by a flow visualization technique using styrofoam flakes as a tracer. The comparison allows a clear interpretation of droplet movement over the wave profile, and shows that the horizontal movement of the droplets ofd>0.81 mm is approximately determined by acceleration by the wind while their vertical movement is determined by acceleration due to gravity. These observations offer some support for the dispersion model proposed by Koga and Toba (1981).     

Experimental investigation of breaking criteria of deepwater wind waves under strong wind action

The present study describes an experimental investigation of breaking criteria of deepwater wind waves under strong wind action. In a wind wave flume, waves were generated using different wind speeds and measured at different locations to obtain wave trains of no, intermittent, or frequent breaking. Water particle movement and free surface elevation were measured simultaneously using a PIV system and a wave gauge, respectively. For wind waves, not all the waves measured at a fixed location are breaking waves, and the breaking of a larger wave is not guaranteed. However, the larger the wave height, the larger the probability of breaking. In order to take as many breaking waves as possible for the cases of frequent breaking, we used the waves whose heights were close to the highest one-tenth wave height. The experimental results showed that the geometric or kinematic breaking criteria could not explain the occurrence of breaking of wind waves. On the other hand, the vertical acceleration beneath the wave crest was close to the previously suggested limit value, −0.5g, when frequent breaking of large waves occurred, indicating that the dynamic breaking criterion would be good for discriminating breaking waves under a strong wind action.     

气流喷射模拟海上浮式风电结构风机载荷实验技术初探

随着海上风电技术的快速发展,海上风电逐渐由浅海走向深海,海上风电基础结构型式将逐渐由固定式发展到漂浮式。在浮式风电结构的模型实验中,风机载荷的模拟是保证实验效果的重要因素。针对浮式风电结构模型实验中风机载荷的模拟问题,提出了一种新型的基于气流喷射、利用气流反作用力模拟风机载荷的实验方法并进行了初步验证。通过标定得到气流控制信号与反作用力的关系,将数值模拟得到的原型风机载荷时程转换为相应的控制信号,同时针对实验装置对气流变化的响应特性,对控制信号进行频域和时域修正,驱动气流喷射以模拟风机作用力和力矩。经过实验验证,载荷模拟装置产生的载荷在时域和频域上都能与模型实验所需风机载荷保持较好的一致性,证明该方法可行。     

非均匀风影响下风力机三维气动粘性流场的数值模拟

基于面向对象的开源软件OpenFOAM,选择美国国家新能源实验室(NREL)Phase VI风力机为对象,对以往研究较少的非均匀来流风速作用下风力机三维气动粘性流场进行数值模拟。采用较为接近于真实情况的指数型风剖面,计算了轮毂处风速分别为5、10、15和25 m/s四种工况下的叶片表面压力分布、叶片的推力、尾涡等气动力数据,并与均匀来流风速下的风力机气动力学性能进行详细的对比,探讨非均匀风剖面对风力机流场结构和流动特性影响的物理现象和规律。     

海面风应力偏离风向的观测与分析

针对海气界面风应力方向与风向不一致的现象,2015年2月4日至3月12日在南海博贺观测平台开展了综合观测,利用涡动相关法计算了海气界面风应力,并在3类大气稳定度条件下分析了风应力矢量偏离风矢量的角度变化,进一步讨论了大气层结稳定时两者角度之差与风速的参数化关系。结果表明:在大气层结稳定条件下,风应力矢量偏向风矢量左侧,且偏离角度随逆波龄和风速增大而减小;当大气层结不稳定时,风应力矢量一般偏向风矢量右侧。海气界面风应力矢量受海表面风、波浪以及大气层结的共同调制。     

船舶风力观测资料对风场动力和热力订正的检验

利用某系列船2000～2007年秋冬季(11月～翌年3月)在东海北部海区的气象观测资料,来检验Hsu等(1981)动力计算模式和辛宝恒等(1987)的热力订正方法,并利用某系列船实际观测资料确定出该海区的计算参数。结果表明利用Hsu动力模式作基础再加上热力订正的办法,由陆上资料可以较好地推算海上风速,有一定的实际应用价值。