基于谱分析的GPS浮标测量参数提取方法

介绍采用谱分析原理提取海浪信息的方法。根据GPS浮标测量得到的海浪高度数据,先通过滑动平均的方法分离海浪信息和潮流潮位信息,然后对海浪信息采用AR模型法进行功率谱估计,并对海浪信息进行连续小波变换,对AR模型法功率谱估计结果和小波变换结果进行综合研究,提取海浪特征参数———周期。最后通过一个GPS浮标试验对上述方法进行了验证。     

海浪的动态视觉仿真

对海浪液面位移模型的建模方法进行了研究,利用Phillips谱分析方法,建立了受风场和海底地形等因素影响下的海浪波面位移模型,提出了2D FFT的优化方法,提高了计算机的执行效率,解决了海浪数字仿真中的动态数据生成问题,并最终实现了不同分辨率海浪模块的拼接和渲染。     

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。     

非平稳海浪过程谱估计最优设计

一、引言在随机海浪的描述中,谱的概念是大家所熟悉的.以有限长度的波面记录进行谱估计,在海浪谱分析理论中处于重要地位.常规谱分析方法的重要限制之一,就是将海浪过程视为平稳随机过程,即海浪的统计性质不随时间改变.但是,在许多情况下,例如,由风暴引起的波场,有限风区波场,以及受折射、变浅和底部摩擦影响的浅水波场,则不能被视为平稳(或匀质)的.Tayfun等认为,将海浪过程视为平稳随机过程是由于非平稳随机过程谱的概念缺乏在物理上有意义、数学上有严格证明而提出的.严格说     

海浪方向谱的现场观测与分析

方向谱是海浪的基本性质之一。本文在国内首次采用测波仪阵列法在渤海采油平台上成功地观测到海浪方向谱，给出了当地随波浪成长而变化的方向谱表达式。观测前采用数模和模型试验方法，对阵列的布置型式、测波仪间距和平台等对观测结果的影响，以及现有各种方向谱分析方法的精度等进行了对比分析，为提高观测精度，保证方向谱分析的质量提供了依据。     

直立堤浮托力的统计特征

本文基于1987,1988年夏季在古镇口港直立堤上实测资料,对波浪和浮托力记录进行了统计分析和谱分析,讨论了提前海浪不发生破碎条件下,浮托力幅度的概率分布、浮托力与海浪的关系以及浮托力谱的变化特征。     

现代海浪功率谱估计的改进算法

海浪谱是随机海浪的一个重要统计性质,它不仅包含着海浪的二阶信息,而且还直接给出了海浪组成波能量相对于频率和方向的分布。谱方法已经成为研究海浪及其有关问题的有力工具。文中主要参照现代谱估计中的THREE谱估计方法,对基于Kullback-Leibler度量的随机信号的功率谱估计方法中优化参数的求解算法进行了改进,并与基于Hellinger度量的谱估计方法进行了比较。通过数值模拟和谱分析证实基于这两种度量的功率谱估计算法都能有效地避免谱线分裂和谱峰偏移现象。     

外观海浪谱的比较和验证

不同于通常意义下的海浪谱(以下简称为“内频谱”),外观海浪谱描述的是海浪能量随外观频率的分布,它可以依据表征海浪外观统计特征的波高与调期联合分布从理论上确定.本文在Huang、孙孚等已有工作的基础上,对外观海浪谱进行了较为深入的研究.首先,纠正了Huang等论文中的某些错误,并将Huang、孙孚等据不同的联合分布导出的外观海浪谱进行比较;然后,分别计算这两种外观海浪谱的前三阶矩,并与内频谱的矩进行比较;最后,用实验和现场资料对从理论上导出的外观海浪谱进行验证.结果发现,当谱宽度v≤0.3时,外观海浪谱矩与内频谱矩差异很小,理论谱形与实测结果也非常接近.因而,在实际问题的应用中,若谱宽度不大,则就可以用本文讨论的外观海浪谱去替代目前从理论上尚不能得到的通常意义下的海浪谱.     

胶州湾双峰谱型波浪的统计特征

本文对胶州湾实测双峰海浪谱的资料进行了统计分析和谱分析，探讨了双峰谱型海浪的波要素概率分布及其群性特征，并与单峰谱型海浪进行了比较，最后通过双峰谱的合成波高，周期与实测值的比较，对采用能量迭加式的式（９）和式（８）进行一些讨论，主要结果列于本文最后一节。     

胶州湾双峰谱型波浪的统计特征

本文对胶州湾实测双峰海浪谱的资料进行了统计分析和谱分析，探讨了双峰谱型海浪的波要素概率分布及其群性特征，并与单峰谱型海浪进行了比较．最后通过双峰谱的合成波高、周期与实测值的比较，对采用能量迭加方式的式（９）和式（８）进行一些讨论，主要结果列于本文最后一节．     

传递矩阵法和谱分析对钻井隔水管动力学的应用

本文应用传递矩阵法研究了浮动钻井隔水管随机振动的谱分析。在分析中,隔水管被简化为在轴向和横向随机载荷作用下的梁。文中以三次 Hermite 插值多项式表示分布惯性力,推导出梁随机响应的计算公式。将传递矩阵法和振型迭加法比较,前者便于考虑浮船运动对动力响应的影响和水动力阻尼。按照本文的公式编制了 Fortran 程序,可求出挠度、转角、弯矩和应力的随机解。又用此程序对 T.C.Tucker 一文中的例题进行了计算,其结果十分接近原文中的计算结果。计算结果表明:(1)有可能出现顶部张力的较佳值,使得动力响应值较小;(2)浮船运动对动力响应有较大的影响,在动力分析中应该给予考虑;(3)海浪谱对动力响应的影响很大。要对结构进行准确的动力分析,应采用长期积累的可靠的海浪信息.     

基于实测资料的双峰标准谱研究

根据江苏响水测站2017年的实测波面数据,通过快速傅里叶变换法进行海浪谱估计。筛选出符合标准的双峰谱型的样本谱322个,计算海浪谱参数,并与通过实测波面统计得到的波要素进行对比,验证谱分析方法的准确性。将海浪谱标准化,得到响水海域平均无因次谱曲线并求出对应的谱参数。基于低频分谱与高频分谱叠加的思想,采用4种经典的理论海浪谱模式对实测双峰标准谱进行拟合并确定相应参数,比较不同理论谱的拟合效果。通过计算发现采用Neumann谱与Jonswap谱组合的方式可以得到较好的拟合效果,对我国其他类似海域双峰型海浪谱的研究具有一定的参考价值。     

随机海浪列率谱与频率谱的实验比较研究：Ⅰ.随机海浪列率谱估计方法

首次将列率谱分析的两种谱估计方法,并矢周期图法和并矢相关法引入到随机海浪的研究,文中就不同环境条件下实验室资料,对两种谱估计方法进行了比较,结果表明：两种谱估计方法所得结果非常吻合。     

近43年北大西洋海浪场与AO的相关性研究

利用来自ECMWF的ERA-40 wave reanalysis海浪资料,分析了近43年北大西洋海浪场与AO(北极涛动——Arctic Oscillation)的关系。研究发现如下主要特征:1、北大西洋海域的海表风场和(风浪、涌浪、混合浪)海浪场与AO有着密切的关系,且存在3.71年左右的共同周期和26年的长周期震荡;2、通过交叉谱分析发现,在波数k=7(周期T=3.71年)这一频率上,AO、海表风速、波高振动的凝聚是显著的。     

Ⅰ.随机海浪列率谱估计方法

首次将列率谱分析的两种谱估计方法：并矢周期图法和并矢相关法引入到随机海浪的研究。文中就不同环境条件下实验室资料，对两种谱估计方法进行了比较，结果表明：两种谱估计方法所得结果非常吻合。     

海浪波群的谱特征分析

海浪的波谱特征分析对认识海浪有重要的意义，因为海浪谱反映了海浪的结构成分。这对海工建筑、海洋运输、船舶制造、海浪预报和海浪模拟等均有重要的实用意义。 波群是伴随海浪经常出现的一种自然现象，且经常伴随大浪的出现而出现。实践证明，波群具有极大的破坏力，其破坏性远比单个波大得多，它是海浪破坏海工建筑物的重要因子，许多防波堤的破坏并非是由单个波的作用，而是由相继出现的几个大波(波群)作用的结果。早先，人们对波群这种习见的现象研究甚少。自1974年葡萄牙锡尼斯港深水防波堤的破坏之后，对波群的研究才日益受到重视。 对波群的研究目前多采用包络方法、马尔科夫链方法和波能过程线法。波群研究的主要内容是波群的统计特征(如波群链长统计)；另外，波群的模拟也是重要的研究内容之一。目前用包络方法研究波群比较普遍，且有不少研究成果。徐德伦等(2001)综述了这方面的研究进展及结果，文圣常等(1984)也进行了详尽的讨论。 以往的研究大都是研究波群的统计特征，如合田良实(1976)、 Ewing(1973)、Rye(1974)。而针对地域性的波浪，我国学者也只是以包络方法为基础讨论了不同地域海浪波群的统计特征(常德馥，1987；葛明达，1986；范顺庭，1998)。就波群本身的结构特征而言，即波群的波谱分析特征以往的研究涉及尚少。作者拟借助于谱分析方法，对带有典型波群的实测的海浪记录来分析海浪波群的波谱结构，进而借此对海浪波群的结构特征进行深入探讨。     

变浅作用下的长周期重力波的实验研究

利用大型水槽设计了在由深水到近岸不同坡度处海浪在变浅作用下诱导产生的长周期重力波的实验。正态随机海浪在深水生成并沿斜坡向浅水传播,记录了不同水深处波面高度随时间的变化过程并进行统计分析和谱分析。实验数据分析结果表明,长周期重力波的能量随着水深的变浅而增高,其谱锋频率位于0.2~0.3fp附近,这里fp是深水正态海浪过程的谱峰频率。长周期重力波的能量与入射波的能量比与波面高度分布的偏度密切相关。进一步分析了两种波动的能量谱峰值比和波面高度分布偏度的相关关系,获得了经验关系,为预测近岸浅水长周期重力波提供了科学依据。     

关于混合型单峰实测海浪谱的拟合

实测海浪谱中理想的单峰谱是不多的,多数有几个尖峰。如果谱的主能量峰占相当大的优势,可称之为准单峰海浪谱。在南海东北部海区的50个实测海浪谱中,准单峰海浪谱约占60％。准单峰海浪谱中,有少数可以用规则海浪谱较好地以合,如图2所示。规则海浪谱是单一均匀、稳定风场作用下,不考虑海底摩擦和海流作用的理想海浪谱模式,作者在文献[3]中进行了讨论。准单峰海浪谱中,绝大多数属于混合型单峰海浪谱,     

规则海浪谱和海浪谱的叠加分析方法

海浪谱是描述海浪、揭示海浪内部结构的最有力工具之一。人们已经获得了大量的实测海浪谱,其中包括少量的方向海浪谱。这些实测谱除了直接为港口工程、船舶设计、采油平台等海洋工程设计部门提供区域性的海浪参数之外,在海浪研究方面也以实测谱为根据,建立了已被广泛使用的Neumann谱、P-M谱、JONSWAP谱等深水风浪谱关系式,也做了一些建立浅水谱和方向谱的尝试,但总的来说,对实测海浪谱的利用是不够的。     

CTOM方法于海浪二阶谱估计中的应用

自从Hasselmann等人[1]于1963年首次把二阶谱应用于海浪研究以来,二阶谱作为研究随机过程二阶非线性的有效工具,已在许多领域(包括海洋学、地球物理学、流体力学、等离子物理、电讯等)得到广泛应用.人们通过对被研究过程的二阶谱分析,获取在功率谱分析中得不到的信息,能够从其内部结构上比较合理地描述、解释如波-波相互作用、组成波之间能量传输等非线性现象.二阶谱分析技术现正日益受到人们的重视.