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。     

有效波高的非线性统计及在南海卫星高度计中的应用

在已获得的海浪非线性波面概率模式的基础上通过Ochi关系，导出了一种有效波高的非线性统计分布。分布表明，本研究结果既推广了有效波高的双参数对数－正态分布，又能够以波陡作为有效波高的非线性控制参量来体现概率分布形式的变化。此研究应用于南海卫星高度计的资料分析，获得了理论与现场数据较为吻合的结果。     

波面位移非对称性对风浪成长状态的依赖性

以二阶随机波动理论为基础，研究了刻画波面位移非对称性的偏度参量λ3对风浪成长参量(反波龄ω和无因次风区χ)的依赖性，得到了λ3与ω和λ3与χ的近似解析关系式，并利用实验室水槽风浪成长实验的实测数据对这些关系式进行了检验。     

X-波段雷达近海海浪频谱反演的神经网络模型

X-波段雷达作为国内海浪观测的一种新工具,在海浪频谱获取和有效波高反演方面仍存在较多问题.本文利用非线性回归方法,将现场实测浮标数据频谱和雷达一维图像谱分别与标准频谱模型进行拟合,发现浮标频谱和一维图像谱具有标准频谱的特征,能够较准确地获取相应的谱参数.提出了建立由雷达一维图像谱参数反演海浪频谱参数的神经网络模型,同时在模型中加入影像序列信噪比,进而反演有效波高,并将反演结果与现场实测数据和传统算法(建立影像序列信噪比与有效波高之间的线性回归方程)进行了对比,结果表明,获取谱参数的误差和反演有效波高的平均误差在20％以内,而传统算法计算有效波高平均误差在20％以上.     

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     

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。     

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.     

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。     

基于机器学习的内孤立波波要素关系研究

内孤立波在海洋中的传播会携带能量和动量,不同振幅的内孤立波对海洋中的能量交换及海上工程等影响也不同,因此,研究内孤立波振幅与半波宽度、水深、分层条件、密度等水文特征参量之间的关系显得尤为重要。以往在研究中建立内孤立波振幅与它们之间的关系时,会受到不同理论有效适用范围的限制。本文借助实验室的水槽方法,设计了不同的水深、分层及密度条件下的内孤立波系列综合实验,发现内孤立波的振幅与半波宽度、水深、分层条件以及水体密度等参量之间并非简单线性关系。因此,利用机器学习的方法建立内孤立波振幅与上述参量之间的非线性关系,建立了支持向量机（SVM）和随机森林（RF）两种机器学习模型。将1 266组实验数据建立样本库,其中包含训练集970组,测试集296组,对模型进行参数调优,最终通过测试集验证,SVM模型的平均相对误差为17.3%,RF模型的平均相对误差为15.5%。该方法适用于多种不同的水文条件,有效解决先前理论存在的适用性问题。     

Outer wave number spectrum and statistical distribution of apparent wave number vector

Based on the ray theory and Longuet-Higgins’s linear model of sea waves, the joint distribution of wave envelope and apparent wave number vector is established. From the joint distribution, we define a new concept, namely the outer wave number spectrum, to describe the outer characteristics of ocean waves. The analytical form of the outer wave number spectrum, the probability distributions of the apparent wave number vector and its components are then derived. The outer wave number spectrum is compared with the inner wave number spectrum for the average status of wind-wave development corresponding to a peakness factor P = 3. Discussions on the similarity and difference between the outer wave number spectrum and inner one are also presented in the paper.     

物理海洋学家──孙孚教授

孙孚，男，出生于1941年7月21日，山东青岛人，汉族。1961年于山东师范大学物理系毕业，1985年于山东海洋学院物理海洋专业获我国授予的第一个海洋学理学博士学位。此后曾以高级学者身份赴加拿大英属哥伦比亚大学访问。现任青岛海洋大学海洋环境学院院长兼国家教委物理海洋部门开放研究实验室主任，教授，博士生导师，山东省专业技术拔尖人才，国家有突出贡献的中、青年专家，享受国务院颁发的政府特殊津贴。主要从事海浪理论与应用的教学和研究工作，近10余年在《中国科学人《科学通报人《海洋与湖沼人《海洋学报人忡国海洋湖沼学报》（英…     

Spectral characteristics of high shallow water waves

The spectral characteristics of shallow water waves with significant wave height more than 2 m based on the data collected along the Indian coast is examined. It was found that the value of Joint North Sea Wave Project (JONSWAP) parameters (α and γ) increases with significant wave height and mean wave period and decreases with spectral peak period. The estimated average value (0.0027 and 1.63) of the JONSWAP parameters, α and γ were less than the generally recommended values of 0.0081 and 3.3, respectively. By carrying out a multi-regression analysis, an empirical equation is arrived relating the JONSWAP parameters with significant wave height, peak wave period and mean wave period. It was found that the Scott spectra underestimate the maximum spectral energy of high waves. The study shows that the measured wave spectra can be represented by JONSWAP spectra with the JONSWAP parameters estimated based on the equation proposed in this paper.     

宁波北仑海域风浪统计性质研究

根据宁波北仑海域的连续3a的实测风浪资料,讨论了在不同风速条件下波高分布和周期分布,以及两者的联合分布;通过与理论结果的比较,得出波高分布与Rayleigh分布基本符合,但有一些差异,周期分布与孙孚的理论周期分布较符合,而波高与周期的联合分布除了图形的形状以及大波对应的无因次周期的值与孙孚的理论值有差异外,两者吻合较好。     

黄渤海海域波浪时空变化特征分析

本文利用欧洲中期预报中心(ECMWF)第五代再分析数据集(ECMWF Reanalysis v5 ERA5,ERA5),对中国黄渤海海域2000-2019年的波浪进行了统计分析。得到如下的结论：1.黄渤海海区波浪具有明显的季节性,渤海区域有效波高呈现出周边小,中间大的特点;黄海海域有效波高Hs呈现由南向北降低的趋势;研究区域冬季有效波高均值大于其他季节。2.平均周期T的季节分布类似于有效波高的季节均值分布。渤海仅秋冬季T的均值存在大于4s的区域;黄海海域T的季节分布也呈现由南向北递减的趋势,其中长江口外海区域秋冬季T的季节均值可达6s。3.有效波高距平场EOF分解结果显示,第一模态表明了波浪变化具有明显的季节性特征;第二模态反映了季风的季节转换对有效波高的影响;第三模态代表的可能是地形的变化对有效波高变化的影响。4．代表点统计结果显示：整个渤海地区的常浪向为 NNE~NE,强浪向以 NE和 NNE 为主;黄海海域的常浪向为SSE-SE向,强浪向以 N和 SSE 为主。     

A generalized approach for long-term modelling of extreme crest-to-trough wave heights

This paper deals with the long-term modelling of high sea waves. The solution is given for the return period of sea storms during which an arbitrary chosen number of waves, with crest-to-trough heights exceeding a fixed threshold, occur. This return period is derived starting from the Equivalent Triangular Storm (ETS) model, which associates a triangle to each actual storm and thus represents a significant wave height time series at a fixed location by means of a sequence of triangular storms. The short-term statistics is then applied to investigate the occurrence of large crest-to-trough wave heights during a given storm. Finally, by combining the statistical distribution of significant wave heights, the ETS model and the short-term wave statistics, the solution is given for the return periods R_N and R_N of a sea storm in which N or at least N waves higher than a fixed threshold occur. The values of R_N are then calculated, starting from data of two buoys moored in the Pacific Ocean and in the Mediterranean Sea.     

Determination of the surface temperature and the temperature drop in the skin layer from a moving vessel using IR data

In this paper methods are given of the IR radiometric determination of the temperature of the radiating oceanic layer,T _s, and the determination on its basis of the temperature drop in the skin layer,dt, from on board a ship underway, which allows for the emissivity of the sea surface and the contribution of the atmosphere to the upward radiation of the sea surface. The seawater temperatureT _w was registered by a contact sensor towed along the ship at a depth of 0.1–0.4 m. The valuedt=T _s–T _w was found to be within the limits of 0.07 to –0.85 K, being on average 0.33 K. The near-surface wind speedv (v=1–13 m s^–1) had the best relationship withdt;dt=–0.66+0.06v. The empirical values ofdt were compared with the model ones obtained by the well-known formulae for the conditions of forced and free convection of the surface layer.Translated by Mikhail M. Trufanov.