波群内单个波的波陡分布与波破碎

对波群内单个波的波陡分布和波破碎进行了实验研究。研究结果是,波群中波动的最大振幅出现在波群前部而不是出现在波群中央,这种不对称性导致波群前部单个波出现大波陡的概率大于后部单个波出现大波陡的概率;进一步的波破碎统计发现波群前部单个波破碎的频率是后部单个波破碎频率的4倍。因此认为,波群结构的不对称性能够导致单个波发生破碎的...     

海浪的δ-β关系的探讨

波陡和波令是描述海浪或应用其资料时常见的两个量。据不完全统计,两者的关系被提出迄今至少有12种。就所检验的例子而言,由本文提出的关系式(δ=0.0210·exp(0.0518β)/β~(0.5315))给出的计算值与实际海浪的符合程度优于现有的各种模式。     

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。     

关于波陡的特性

海浪的波陡能同时描述海浪的波高和波长的分布,故已成为合理计算海上建筑物作用力的可靠依据。本文在介绍波陡在实际中应用的同时,结合海洋开发(石油开发、波能开发)的需要提出将波陡换算成波高和波周期的函数,然后连同从天气图后报的海浪资料以及海浪的短期分布资料一起描绘出以波高、周期和波陡为参量的网络图,并确定了波陡在工程上选取的范围。本文还求取了各种特征波陡之间的换算关系,对波陡的某些特性进行了初步分析,阐明了波陡与波高、波周期之间的关系.     

南麂海域风浪的平均波陡与平均波龄统计分布

利用南麂海洋站１９８１－１９９０年实测波浪资料，探讨了该海域风浪的平均波陡与平均波龄的统计分布特征。分析结果：当风浪平均波陡介于０．０２－０．０４时，其出现频率各季在８２％以上；当风浪平均波龄介于０．５－１．２时，其出现频率各季在７８％以上；当风浪的平均波陡与平均波龄介于０．０２－０．０４和０．５－１．０时，其出现频率为５３．５％－６９．６％。     

有限水深下独立波群的能量变化试验研究

为了研究独立高斯型波群在中等水深条件下的非线性演化情况,进行了多种波况的物理试验,重点分析了波浪各要素对波群非线性演化的影响。试验结果表明,波陡在波群演化中占主导作用,其次是波群的谱宽,前者引起的非线性主要体现在高阶谐波的能量变化而后者引起的非线性主要体现在自由波能量的变化。频带下移现象只在大波陡情况下才会发生,随着波陡的增加,频带下移发生的相对更早,随着波群的谱变窄,频带下移相对越明显。波陡的增加会使得波群更早的开始分裂。大波陡的波群在演化中会发生破碎,破碎的类型以崩破为主,并且崩破是间歇发生的,连续崩破发生的距离约为1.0～1.5倍波长。此外,破碎引起的能量损耗主要来源于主频和高频成分波,耗散率约10%～18%,平均每个崩破能耗约为初始能量的2%。     

波群结构和波群中的波破碎

本文将小波分析用于波群结构和波群中波破碎的研究。实验结果表明,波群中波动的振幅不是关于波群中央对称的,而是波群前部波动的振幅较大。这种不对称性导致波群前部单个波的波陡较大,后部单个波的波陡较小,当谱宽度增大时波群前部与后部单个波的平均波陡之差增大。波群前部波陡较大导致波群前部的波动最容易发生破碎,而不是波群中央的波动最容易发生破碎,波群中波动最可能发生破碎的位置距波群中央的长度为波群长度的1/6。     

ASAR波模式数据反演参数误差与海浪条纹清晰度的相关性分析

欧洲环境卫星-高级合成孔径雷达(EnvironmentalSatellite-AdvancedSyntheticAperture Radar,Envisat-ASAR)波模式数据提供了全球风、浪要素信息,在海浪模式预报与同化方面有重要作用。该数据合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar,SAR)图像普遍存在海浪条纹清晰度不同的现象,但是否影响数据精度尚无定论。本文通过比较2010年NODC (the National Oceanographic Date Center)浮标观测数据和波模式数据,发现经过官方修正后的海浪参数反而具有更大误差。进而通过对比不同条纹清晰度的SAR图像反演参数误差,揭示了ASAR产品海浪参数与浮标测量值之间的误差与海浪条纹清晰度的关系。结果表明:海浪条纹清晰的SAR图像的主波波长和主波周期的反演误差更小,而条纹不清晰SAR图像的有效波高和风速的反演误差更小。通过分析海浪参数对海浪条纹清晰度的敏感性,证实了有效波高和方位向截断波长对SAR图像条纹清晰度的响应最好,波陡次之,与卫星飞行方位角和入射角无关。因此,在反演和修正SAR波模式数据时,考虑图像的条纹清晰度,将会有效提高反演数据的精度。该研究可为高分三号等卫星的波模式数据波浪要素反演精度的提升提供有价值的参考。     

高风速作用下波龄与波陡的关系

利用wAVEwATCH-Ⅲ模式对台风玲玲、天鹅和达维期间南海海域风浪场进行了数值计算,利用最小二乘法对计算结果进行统计、分析,得出高风速作用下波高与周期的关系以及波龄与波陡的关系。     

非线性波消波及波场分布研究

本文基于雷诺平均N-S方程,并结合RNG k-e方程建立了粘性数值波浪水槽,对不同波陡、不同相对水深、不同相对波高的非线性规则波的阻尼消波问题和波场分布进行研究。文中提出了两种描述消波区内部阻尼变化的阻尼函数,分别适用于小波陡情形和高波陡情形。研究结果表明,小波陡组消波区可设为一个波长,阻尼系数取10~4～10~5即可满足消波要求,计算结果与实验结果及造波理论吻合良好;高波陡组消波区可设为两个波长,阻尼系数取10~4～10~5亦可满足消波要求,计算结果与实验结果吻合良好。此外,当波陡较小时,波场内反射情况的小幅改变即可对整个波场造成影响,特别是当水深较浅时这种影响极为明显,需谨慎考虑。当波陡较大时,水波能量较高,整个波场沿水波传播方向可观测到明显的衰减现象,在具体试验中需进行考虑。     

海面粗糙度方案的适用性研究

由量纲分析导出海面粗糙度与波龄及海面涌浪的状况有关,并对与波龄和波陡有关的两种海面粗糙度模型方案进行了敏感性测试,得出利用波龄模型方案计算粗糙度的误差比利用波陡模型方案小。基于国际上6个不同水深、风区和海况条件的海气交换试验资料,将其分为两组,一组是纯风海或以风海为主海况条件,另一组是以涌浪为主海况条件,测试波龄、波陡模型海面粗糙度方案在不同试验条件下的适用性。结果得出:在各种海况条件下,波龄模型粗糙度方案比波陡模型具有更好的普适性。在纯风海或以风海为主海况条件下,PS07,DGHQ03方案计算的粗糙度长度与实测资料计算结果最接近,GW06方案次之,O02方案计算结果明显偏高;涌浪为主海况条件下两种模型方案计算的粗糙度长度均偏低,O02方案计算的粗糙度长度误差相对较小,TY01方案误差最大。     

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。     

Dependence of Wave Height Distribution on Spectral Width and Wave Steepness

In this paper experimental wind wave data are analyzed. It is found that differences in spectral width will give rise to differences in wave height distribution. The effect of spectral width on the distribution is mainly in the high wave range. The effect of wave steepness is in low, medium and high wave ranges. In the high wave range the effect of spectral width is comparable to that of wave steepness. Differences in spectral width in the observations may give rise to discrepancies in the result when wave steepness is the only parameter in the distribution.     

应用特征波预报公式进行台风浪计算的一个根本缺陷

Wilson方法和井岛方法均是移动风区上著名的波浪推算方法,被广泛应用于台风波浪的推算和预报上。本文通过分析指出:使用上述方法以海洋工程界所推行的风浪预报公式作台风浪推算时,所得特征波波陡将与台风浪实测波陡分布定性不符,并指出产生这种缺陷的原因。     

Wind speed scaling and the drag coefficient

[1]Banner M L, Chen W, Walsh E J, et al.     

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.     

风浪状态对海面风应力影响的初步研究

利用新近提出的海面风应力系数线性参数化理论,定性地分析了已有风应力和风浪的观测数据。分析发现这些观测数据表明在小波陡的情形下海面风应力系数随风速的变化较大波陡的情形更加迅速。结果定性地倾向于支持Toba等的结果,即成熟的风浪较年轻的风浪更加粗糙。     

Global air-sea surface carbon-dioxide transfer velocity and flux estimated using ERS-2 data and a new parametric formula

Using data from the European remote sensing scatterometer（ERS-2） from July 1997 to August 1998,global distributions of the air-sea CO₂ transfer velocity and flux are retrieved.A new model of the air-sea CO₂ transfer velocity with surface wind speed and wave steepness is proposed.The wave steepness（5） is retrieved using a neural network（NN） model from ERS-2 scatterometer data,while the wind speed is directly derived by the ERS-2 scatterometer.The new model agrees well with the formulations based on the wind speed and the variation in the wind speed dependent relationships presented in many previous studies can be explained by this proposed relation with variation in wave steepness effect.Seasonally global maps of gas transfer velocity and llux are shown on the basis of the new model and the seasonal variations of the transfer velocity and llux during the 1 a period.The global mean gas transfer velocity is 30 cm/h after area-weighting and Schmidt number correction and its accuracy remains calculation with in situ data.The highest transfer velocity occurs around 60°N and 60°S,while the lowest on the equator.The total air to sea CO₂ llux（calculated by carbon） in that year is 1.77 Pg.The strongest source of CO₂ is in the equatorial east Pacific Ocean, while the strongest sink is in the 68°N.Full exploration of the uncertainty of this estimate awaits further data.An effectual method is provided to calculate the effect of waves on the determination of air-sea CO₂ transfer velocity and fluxes with ERS-2 scatterometer data.     

Calculating nonlinear wave crest exceedance probabilities using a Transformed Rayleigh method

This paper concerns the calculation of the wave crest height exceedance probabilities in fully nonlinear mixed sea states. The exceedance probabilities have been calculated by incorporating a fully nonlinear wave model into a Transformed Rayleigh method. This is an efficient approach to the calculation of wave crest exceedance probabilities and, as all of the calculations are performed in the probability domain, avoids the need for long time-domain simulations. The nonlinear mixed sea states studied include a swell dominated sea state, two wind sea dominated sea states, and two states of mixed wind sea and swell with comparable energy. The wave steepness influence and the finite water depth effects are also considered in the study. The accuracy and efficiency of the Transformed Rayleigh method are validated by comparing the results predicted using the method with those predicted by using the Monte Carlo simulation method, the theoretical Rayleigh method and some empirical formulas.