涌浪对风浪能量影响的实验研究

在实验室风浪水槽中进行纯风浪和混合浪波面位移观测,研究波长较长的规则波对风浪能量的影响.本文用混合浪和纯风浪中的风浪显著波的零阶谱矩之比代表混合浪中的风浪与纯风浪能量之比,并以此表征涌浪对风浪能量的影响.研究了该能量比随涌浪波陡S、风区x、波龄倒数u/C、涌浪频率与纯风浪谱峰频率之比fs/fwp的变化规律.结果表明,涌浪对风浪能量的抑制作用随涌浪波陡的增加、波龄倒数的增大及涌浪频率与纯风浪谱峰频率之比的增大而增强.发现该能量比依赖于无因次量R=(1+80(πS)2)1.9(fs/fwp)0.9(u/C)0.27,并拟合得到2者的经验关系.此外,本文实验还发现,在某些情况下,涌浪的存在使风浪能量增加.     

南麂海域台风影响过程中的波浪特征

根据１９８３－１９８９年南麂海洋站在台风影响过程中的实测风和浪资料，分析了该海域的波浪特征。结果表明，这个海域的台风波浪通常是混合浪，在台风影响过程中出现的最大值波高，既有较大波陡的风浪，也有波陡较小的清浪；各向波高的均值变化不大，各向最大波高却有较大幅度的差距；本区的台风浪以４级波高占优，风浪以ＮＮＥ向、涌浪以Ｅ向为常浪向；波高为４级的风浪和涌浪，其周期分别在４．０－４．９Ｓ和７．０－７．９Ｓ之     

南太平洋海浪特点的统计分析

根据1950-1995年的南太平洋气象船舶报资料,对5°×5°网格统计的风浪和涌浪的要素进行分析,得出了南太平洋风浪和涌浪的变化规律和分布特点.南太平洋海浪场与北半球各大洋相比,季节变化不显著,但仍有明显的季节变化,低纬常年盛行东南向浪,高纬则盛行偏西向浪,本文通过分析每月风浪、涌浪的盛行方向、波高及周期等值线图,研究阐明了南太平洋各要素的分布规律,为船舶远洋交通运输、远洋出访和科学实验提供了较翔实的海浪资料及变化规律.     

台风“梅花”风浪场和涌浪场特征分析

基于第三代海浪数值模式WAVEWATCHⅢ(v3.14),在WRF模式提供模式风场驱动下,对1109号台风"梅花"的风浪场、涌浪场和混合浪场进行了数值模拟,并在我国东部沿海选取了3个关注站点,探讨涌浪和风浪波高随时间变化与台风中心位置的关系以及台风影响下海浪二维谱、风浪场和涌浪场分布和变化特征。结果表明,新版的海浪模式能较好表现福建和浙江沿海、长江口附近、山东半岛南端的3个关注区域的台风涌浪先于风浪到达的事实;距台风中心不同距离,混合浪波高的组成和波高变化不同;台风的外围区涌浪场的高值区对应着风浪场的低值区,台风的大风区风浪场的高值区对应着涌浪场的低值区,台风眼区则为涌浪区。涌浪多分布在台风风浪影响范围之外,波向由台风中心向外辐射。     

粗糙度与风浪特征量关系的研究

在实验室风浪槽中观测风浪和风速,研究粗糙度与波面特征量的关系,发现风浪谱宽度增加,粗糙度增大。在窄谱时,粗糙度随谱宽的增加变化不明显,当波陡降低,粗糙度降低;在宽谱时,当谱宽度增加,即使波陡降低,粗糙度仍可增大。这一结果表明,波陡不足以完全决定粗糙度。当风浪波龄增加,粗糙度呈下降趋势,但由于谱宽度对粗糙度的影响,当波龄增加,部分波浪可有较大的粗糙度。由于这一因素,在粗糙度与波龄关系的观测结果中,数据点的散落不完全由观测误差造成。     

大洋中涌浪对风浪能量的影响

由于涌浪与风浪在特征物理参量及成长、衰亡上的显著不同,区分风涌浪以及研究涌浪对风浪的影响尤为重要。本文使用2013年及2015年大洋中的WaMoSⅡ测波雷达观测数据,研究了涌浪对风浪能量的影响。由于测波雷达仅使用了9s的有效周期作为谱分离判据,其所得风浪有效波高显著高于PM谱充分成长关系给出的波高。因此本文结合2D法与1D法,加入风速、风浪夹角、波龄等要素给出新的判据,重新对风、涌浪进行了分离。通过对比不同的波龄判据,发现当波龄取1.5时,所得结果与PM谱吻合良好。以Toba-3/2定律为基础,研究了不同类型涌浪对风浪能量的影响。发现三种类型涌浪存在时,风浪能量及有效波高整体上都有所增加,其中尤其以反向涌浪存在时增加最多。     

几种台风浪计算方法的比较

一、前 言 巨大的台风浪常常给海洋运输、海洋油汽开发和海洋施工等带来严重的灾害。近些年来,由恶劣的台风浪造成的海难事故,不胜枚举。为防止海难事故和海洋工程设计的需要,国内外学者提出了许多台风浪计算方法。这些计算方法无论是依据的理论,计算方式以及计算的精度都存在着差异,究竞用那种方法为好,众所不一。为探讨这些计算方法的计算精度,许多学者利用卫星,雷达及船舶通报资料,对一些计算方法进行了验证,然而,远满足不了预报和工程设计的需要。为进一步探讨这些计算方法的计算精度,本文利用海洋浮标资料,对国内外常用的几种台风浪计算方法,进行了比校验证,获得了良好的结果。     

海浪预报知识讲座

第五讲海浪的地理分布与季节变化(I) 近海海浪的地理分布和季节变化 1渤海和黄海海浪的地理分布和季节变化 1.1风浪向和涌浪向 为了说明本海域风浪向和涌浪向的季节变化,根据文献[1]提供的统计资料,绘制了渤海和黄海盛行风浪向和盛行涌浪向频率分布表(表略).     

西沙、南沙海域波浪及波浪能季节变化特征

采用来自ECMWF将风浪、涌浪分离的近45 a ERA-40海浪再分析资料,对西沙和南沙海域的海面风速、风浪有效波高、涌浪有效波高、浪级频率、波向频率的多年变化特征进行统计研究,重点讨论了西沙和南沙海域风浪能和涌浪能季节变化和稳定性特点.结果表明:南海海域涌浪能明显比风浪能稳定,西沙海域年均能流密度约8.0kW/m,风...     

风浪破碎判据的实验检验

利用已有风浪破碎实验观测数据检验了风浪破碎判据的可靠性。实验测量了风浪波面位移的时间序列,并人工同步标记出破碎发生的时刻。研究了4种常用判据,包括波陡、瞬时波面斜率、波峰水质点水平速度与相速度之比,以及波峰水质点向下加速度与重力加速度之比。采用破碎判据对所测风浪序列中的破碎波进行识别,根据人工标记数量计算破碎率以确定破碎阈值。计算结果表明,几何判断阈值接近Stokes波极限值,而运动学和动力学判断阈值则明显偏离。进而检验了判据识别出的破碎波与人工标记破碎波的一致性。在达到破碎阈值的波中,约35%~55%与人工标记相对应,约有45%~65%的波,虽然满足了阈值条件,却并未发生破碎,说明风浪的破碎可能并非完全取决于其中任一判据所关注的波浪特征量。     

太平洋涌浪分布特征及其对海-气边界层的影响

本文对海-气边界层波致风机制的相关理论进行了阐述,并利用ERA-40再分析资料给出了太平洋谱峰速度、波龄、波陡等描述涌浪和波致风机制物理量的年际和季节空间分布特征。分析表明:东太平洋赤道地区等海域涌浪速度最大且涌浪由南向北传播明显;太平洋波边界层高度基本呈现出东高西低的分布形势;波致风机制主要发生在赤道热带海域,北半球夏季波致风机制偏强,冬季偏弱,南半球反之;北半球北部海域夏季更易发生波致风机制,赤道附近海域相反;南海为风浪与涌浪组成的混合浪,对其波候等相关研究有必要分开进行讨论。     

降雨对波浪成长的影响实验研究

本文通过实验室实验的方法,对降雨对海面粗糙度以及风浪和涌浪成长的影响进行了初步的分析;用波面位移数据计算了海浪谱,初步讨论了降雨对波浪成长的影响。分析结果表明:在低风速时,降雨对波浪成长起抑制作用;而在高风速时,降雨对波浪成长起促进作用。其物理机制有待于进一步分析。     

珠江口海域沉船后油类的分布特征

本文以1984年4月珠江口东侧发生的一起沉船溢油事故为例,分析了珠江口海区发生海难事故后油类的分布特征。通过分析认为:(1)海面油类的漂流方向和速度取决于风和表层海流的方向和速度;(2)海面油膜的扩散及其影响范围与溢出油类的理化特征、数量和水文气象因素等有关;(3)水体中油类浓度的分布具有沉船附近高,沿油带漂流方向逐渐降低的特点;(4)水体中油类的扩散和迁移的方向主要受水体运动的影响,因此与海水中的温、盐等要素密切相关。     

规则波中船舶复原力和参数横摇研究

为研究规则波中船舶复原力变化规律及其对参数横摇的影响,首先,基于切片理论求解出船舶无横倾时在波浪中时间序列垂荡和纵摇运动,确定出波面与船体的相对位置;其次,利用三个坐标系之间的转换关系进而确定规则波中船体各横剖面左右舷与波面瞬时交点,求得各浸水剖面面积;然后对波浪压力沿船长湿表面积分,得出规则波中船舶复原力的Froude-Krylov部分。同时,利用作用在横倾船舶上的辐射力和绕射力,求出规则波中船舶复原力辐射力和绕射力部分。在复原力计算的基础上,确定一个参数横摇模型,实现波浪中参数横摇计算。以一艘集装箱船为例,研究了规则波中复原力变化以及参数横摇规律,复原力变化幅度是影响参数横摇的一个重要因素。     

涌浪环境中铺管船横摇机理及模型试验研究

"海洋石油201"号等多艘铺管船在东海海域进行铺管施工时受低频涌浪环境影响横摇运动强烈,严重影响了正常铺管作业。为了分析铺管船横摇过大的原因,从理论上分析了铺管船可能发生较大横摇的波浪条件,并对"海洋石油201"号铺管船在遭遇波浪周期等于横摇固有周期1/2倍和1倍,不同波高的规则波中航向角分别为0°、30°、60°和90°时的运动特性进行了模型试验。试验结果表明铺管船遭遇周期为其横摇固有周期一半的涌浪时未发生参数横摇,而遭遇与其横摇固有周期接近的涌浪时发生谐摇是导致其横摇运动过大的原因。研究成果与相应的气象资料结合,可为铺管船施工气候窗口的选择提供依据。     

三种典型路径下的台湾海峡台风浪特征研究

以WRF风场驱动SWAN波浪模式,模拟分析了北路、中路、南路3种典型台风路径下,台湾海峡及周边海域的台风浪的特征。结果发现:(1)数值模拟与浮标实测情况基本一致,并模拟出台风浪场右半圆大于左半圆、前进象限以涌浪为主、主波方向辐射向前传播、台风的正后方向的主波向混乱等特征;(2)在中路和南路台风影响时,台湾海峡较早出现15 m/s的风速等值线,但是海峡内风场与台风风场被台湾岛地形分割致使海浪成长风区变短,而且远海涌浪无法传播到海峡内部,使得海峡内海浪没有达到远海同样风速区域的6 m左右的高度;(3)中路台风影响下,台湾海峡的浪场受台湾岛的影响出现异常明显的不对称性结构,台湾海峡北部混合浪和涌浪高出海峡南部很多;(4)台湾海峡海浪能量谱方向与局地风向之间角度较大,在北路台风影响下北部有明显的自东向西的周期大于15 s的涌浪谱,在南路台风西行时出现两股明显的成直角的风浪谱和涌浪谱。这些特征对船舶航行安全有潜在危险。     

台风作用下琼州海峡海域波浪特征分析

通过在拟建琼州海峡跨海大桥西线方案主通航孔位置布置波浪测点,采集到2012年13号台风"启德"和23号台风"山神"期间波浪数据,结合两场台风期间波浪频谱和方向谱的变化,分析了该区域在台风期间的波浪特征,并进一步对风浪和涌浪进行了判别。研究结果表明:1)台风"启德"期间,海域波浪谱峰周期在3.3⁸.0 s之间,最大谱峰值为7.92 m2/s,波浪方向为W8.0 s之间,最大谱峰值为7.92 m2/s,波浪方向为W^N向,且频谱和方向谱的变化过程反映了风浪到涌浪的转变;2)台风"山神"期间,海域波浪谱峰周期在5.0N向,且频谱和方向谱的变化过程反映了风浪到涌浪的转变;2)台风"山神"期间,海域波浪谱峰周期在5.0⁶.5 s之间,最大谱峰值为2.70 m2/s,波浪方向为E6.5 s之间,最大谱峰值为2.70 m2/s,波浪方向为E^ESE向,波浪以风浪为主;3)琼州海峡海域大周期波浪主要受到台风引起的涌浪影响,涌浪周期的范围大约在6.5ESE向,波浪以风浪为主;3)琼州海峡海域大周期波浪主要受到台风引起的涌浪影响,涌浪周期的范围大约在6.5¹0.0 s之间。     

基于数值模拟的厦门湾波浪特征研究

本研究使用成熟的SWAN模型对厦门湾的波浪场进行了1a的数值模拟,通过与同期的珍珠湾波浪观测数据进行对比验证了模型的可靠性.根据模型的计算结果,分析了厦门湾年平均和夏、冬两季平均波高和波向的分布特征,厦门湾的风浪和涌浪组成,珍珠湾波浪观测海域主要的波浪能量生成和能量耗散过程.结果表明,厦门湾年平均有效波高较小,且有较明显的季节变化特征,夏季厦门湾平均有效波高较小,且湾内波向多为偏南向;冬季厦门湾平均有效波高相对较大,厦门岛北侧和东侧海域波向均为NE向.厦门湾湾内以风浪为主,涌浪较小,风浪、涌浪比较大,均在3以上;从湾外向湾内,风浪、涌浪比逐渐增加,至厦门湾南岸和泉州石井镇附近海域,风浪、涌浪比增加到5~6;在厦门湾东部和北部海域,风浪、涌浪比均在10以上.珍珠湾海域波浪最主要的能量耗散过程是由底摩擦引起的能量耗散,虽然冬季风速较大,但夏季风能输入的能量和白帽破碎耗散的能量均大于冬季;因冬季波浪相对较大,夏季底摩擦耗散的能量要小于冬季.     

由模拟波面统计分析波高－周期联合分布

阐述以实测或拟合海浪谱为靶谱，用等能量分割法作波面数值模拟，从而利用模拟波面统计分析波高（Ｈ）－周期（Ｔ）联合分布。对波候的Ｈ－Ｔ联合分布、长时段海浪连续记录的Ｈ－Ｔ联合分布以及风浪、涌浪和混合浪的Ｈ－Ｔ联合分布进行了讨论。结果表明，只要已知特征波高和周期，就可反演出模拟波面，进而估测Ｈ－Ｔ联合分布情况，这对了解与各种特征波高对应的周期问题及在海洋工程应用上有一定的参考意义。     

莺歌海洋站附近海域波浪特征分析

本文利用莺歌海站多年的波浪实测资料,对其附近海域的波浪要素的基本特征、变化规律、风与浪的相关规律进行分析研究,阐明了海区海浪的特点及变化规律。该海区属热带季风气候区,波浪主要受季风影响,季风时期的风向、风浪传播方向、涌浪传播方向基本一致。通过对观测资料统计分析发现:该海域波浪主要是以风浪为主,常浪向是SE向,次浪向是SSE向,强浪向是SE向,波高以轻浪为主。波型方面,春季和夏季SE向风浪占绝对优势,秋季和冬季NNW向风浪占优势,涌浪频率四季均是S向最大,并结合国内海洋波浪测量技术现状,在仪器装备研发、算法模型及数据处理分析软件升级、站位布局优化、计量标准化研究等方面提出几点建议。