风浪和涌浪分离方法的比较

海浪通常以风浪和涌浪混合的形式存在。文中利用模型试验和实测资料,对目前提出的一种二维谱风涌浪分离方法(2D法)和3种一维谱风涌浪分离方法(PM法、WH法、JP法)进行了检验,分析发现:2D法给出的结果整体而言最为可靠,与2D法相比,PM法明显高估了风浪成分,WH法低风速时高估了风浪,高风速时跟2D法比较接近,而JP法在整体上高估了风浪成分。通过调整分割频率的比例系数,改进了PM法,改进后的PM法给出的分离结果与2D法最为一致。     

台湾海峡风涌浪分离方法研究

受狭管效应的影响,台湾海峡波浪较大且常与涌浪混合存在。涌浪对包括船舶在内的浮式结构物有着重要的影响,而风涌浪分离是研究涌浪特性的必要前提,也一直是研究的热点和困难问题。由于数据的欠缺和观测条件的限制,在风涌浪分离方法中被普遍认可的二维谱方法常常难以使用,如何选择更为精准的一维谱方法往往会成为实际研究和应用过程中必须面对的问题。利用台湾海峡内3个具有二维谱数据的测站,通过将二维谱分离结果作为参考,针对台湾海峡风浪和涌浪的特征,探讨了风涌浪分离一维谱方法在该海域的适用性问题,研究表明风速法相较其他方法精度更好,在这一基础上提出了一种将波谱积分法与风速法相结合的一维谱方法。     

基于多层感知器的风涌浪分离方法

风涌浪分离是研究风浪、涌浪各自特性的基础,但受限于海浪谱数据的匮乏,基于海浪谱的风涌浪分离方法难以普及应用,有效的解决办法是采用波浪观测中容易获取的基本波要素进行风涌浪分离。现有方法无法利用基本波要素全面计算出风浪、涌浪的比例及其特征参数,为此本文将机器学习引入到风涌浪分离中,以多层感知器模型为基础,提出了一种利用基本波要素、风要素准确计算出风涌浪参数的方法。该方法需要每个测站提供至少466笔、建议766笔及以上的实测波浪数据作为训练样本,适用于台湾海峡3个测站,在计算精度上显著优于基于海浪频谱的传统风涌浪分离方法,可为本海域缺乏海浪谱的测站提供替代性的风涌浪计算方案,有助于扩大实测风涌浪资料的来源,进而加强风涌浪分布特性以及预警预报研究。     

关于Bretschneider风浪频谱的注记

依据作者提出的海浪能量外观分布，即外频谱的概念，重新推导了Ｂｒｅｔｓｃｈｎｅｉｄｅｒ风浪谱，极大地简化了Ｂｒｅｔｓｃｈｎｅｉｄｅｒ原来的推演过程，并对谱的系数予以订正，将订正后的Ｂｒｅｔｓｃｈｎｅｉｄｅｒ和Ｍｏｓｃｏｗｉｔｚ谱进行了比较，结果表明，两种风浪频谱在数学表述上是完全等价的。     

逆行涌浪引起的风浪谱的变化──Ⅰ.实验研究

60年代初,Longuet-Higgins和Stewart^[1]完成的理论工作揭示了一个有趣的现象:当波长较短的重力波叠加在波长较长的重力波上时,短波的振幅在长波的波峰处达到最大,在长波的波谷处达到最小值.这是由两个原因造成的:一是在长波的波峰处出现几何上的辐合,另一是辐射应力的作功.     

基于选定风浪方向谱的海浪模拟方法(英文)

简要回顾当前第三代海浪模式中的困难。为避开这些困难,作者提出一种新的海浪模拟方法,其中特定定义的风浪组成波依常风下随时间成长的方向谱计算,而涌浪组成波藉考虑涡动黏性和底摩擦加以计算。并进行了常风场和变风场下系统的数值试验。在常风速情形中,模拟结果能精确地化为建立模拟所根据的谱和风浪成长关系。计算显示出台风中心附近浪场的极端复杂的谱结构。当风速骤然降低时,模拟的波高减小与观测符合。在风向逐渐或骤然改变情形下,计算的时间响应尺度与海上观测符合,而且演化中的二维谱结构得到良好刻画。对于涌浪在无风下的传播,模拟结果合理,包括波参量及谱结构的变化。后报得到的波高、周期和海上资料符合。与第三代模式相比,文中提出的方法较易改进,需用的计算机时间显著减少。最后讨论采用一个已知谱来建立谱形式的海浪预报模型的合理性以及有关的问题。     

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。     

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。     

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。     

The long-term trend of the sea surface wind speed and the wave height (wind wave, swell, mixed wave)in global ocean during the last 44 a

Utilizing the 45 a European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ECMWF)reanalysis wave data(ERA-40),the long-term trend of the sea surface wind speed and(wind wave,swell,mixed wave)wave height in the global ocean at grid point 1.5×1.5 during the last 44 a is analyzed.It is discovered that a majority of global ocean swell wave height exhibits a significant linear increasing trend(2–8 cm/decade),the distribution of annual linear trend of the significant wave height(SWH)has good consistency with that of the swell wave height.The sea surface wind speed shows an annually linear increasing trend mainly concentrated in the most waters of Southern Hemisphere westerlies,high latitude of the North Pacific,Indian Ocean north of 30 S,the waters near the western equatorial Pacific and low latitudes of the Atlantic waters,and the annually linear decreasing mainly in central and eastern equator of the Pacific,Juan.Fernandez Archipelago,the waters near South Georgia Island in the Atlantic waters.The linear variational distribution characteristic of the wind wave height is similar to that of the sea surface wind speed.Another find is that the swell is dominant in the mixed wave,the swell index in the central ocean is generally greater than that in the offshore,and the swell index in the eastern ocean coast is greater than that in the western ocean inshore,and in year-round hemisphere westerlies the swell index is relatively low.     

涌浪对大气边界层风廓线的影响

以往研究表明, 涌浪存在时, 近海面大气边界层内Monin–Obukhov相似性理论(Monin–Obukhov Similar Theory, MOST)将会失效, 风廓线模型的建立需要考虑波致应力的影响。基于此, 本文首先研究了包含涌浪影响的Ekman模型和常通量层模型求解的风廓线。结果表明: 两种模型估算的风廓线均对涌浪的波衰减率系数c_β有较高的依赖性, 在c_β<–50时, 模型求解的风廓线均出现近海面风速极大值, 但科氏力对近海面风廓线的影响可以忽略。在不同的大气层结下, 分析发现海浪边界层(直接受波浪影响的区域)内风速明显小于海浪边界层之上MOST廓线在相同高度的外推值, 体现了涌浪引起明显的剪切增强。通过对比分析广东省茂名市附近海上观测平台的实测数据发现, 在涌浪存在时, MOST普遍无法描述风廓线; 统计分析表明常通量层模型估算的风廓线在8 m处的风速与实测数据高度一致。考虑以往研究基本局限于中性大气层结条件, 而涌浪经常显著影响着浮力作用明显的中低风速条件, 我们的研究将有助于理解不同大气层结条件下涌浪对风廓线的影响。     

实验室观测条件下的规则长波对风浪低频频移影响(英文)

本文利用实验室波浪水槽观测规则长波对风浪的影响。谱分析显示,较之纯风浪谱,除已被广泛关注的长波抑制风浪这一现象外,当长波波陡较小,且频率远离风浪峰频时,长波还使得风浪谱向低频移动。本文利用Longuet-HigginsStewart(1960)理论,并考虑到风浪破碎的约束,计算了规则长波的存在对风浪谱的影响,发现可以较好地解释这一现象。这一工作表明,当长波波陡小且频率远离风浪峰频时,长波对短波的二阶调制及其引起的破碎加强可能是长波影响风浪的主要机制。     

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。     

“海棠”台风风浪场分析

通过对0505号"海棠"台风的高、低空气流场的分析,揭示了"海棠"台风浪成长、发展、消衰的机制和规律.结果表明:台风浪的大小和范围不仅与台风的强度、移速及周围大尺度天气系统有关,而且也受岛屿及海底地形等环境条件的影响.     

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。     

南麂站定常波风浪波高与风速的经验关系

本文以南麂海洋站１９８３～１９９０年风、浪的实测资料为依据，建立了南麂海城春、夏、秋、冬季定常波风浪波高与风速的经验关系式。检验结果表明，曲线回归显著，计算值与实测值吻合良好。文中还对偏ＮＮＥ向和偏ＳＳＷ向计算波高随风速增大的快慢，同一方向在同一风速作用下计算波高的季节变化及其机理作了初浅的讨论。     

Long-term trend analysis of wave characteristics in the Bohai Sea based on interpolated ERA5 wave reanalysis from 1950 to 2020

Reasonably understanding of the long-term wave characteristics is very crucial for the ocean engineering. A feedforward neural network is operated for interpolating ERA5 wave reanalysis in this study, which embodies a detailed record from 1950 onwards. The spatiotemporal variability of wave parameters in the Bohai Sea, especially the significant wave height (SWH), is presented in terms of combined wave, wind wave and swell by employing the 71 years (1950–2020) of interpolated ERA5 reanalysis. Annual mean SWH decreases at ?0.12 cm/a estimated by Theil-Sen estimator and 95th percentile SWH reflecting serve sea states decreases at ?0.20 cm/a. Inter-seasonal analysis shows SWH of wind wave has steeper decreasing trend with higher slopes than that of swell, especially in summer and winter, showing the major decrease may attribute to the weakening of monsoon. The inner Bohai Sea reveals a general decreasing trend while the intersection connecting with the Yellow Sea has the lower significance derived by Mann-Kendall test. Meanwhile, 95th percentile SWH decreases at a higher rate while with a lower significance in comparison with the mean state. The frequencies of mean wave directions in sub-sector are statistically calculated to find the seasonal prevailing directions. Generally, the dominant directions in summer and winter are south and north. A similar variation concerning to SWH, the trend of the mean wave period is provided, which also shows a decrease for decades.     

Effects of wind waves of the Pacific westerly on the eastern Pacific wave transport

There exists a tongueshaped swelldominance pool known as Swell Pool (SP) in the Eastern Pacific region. The monthlymean wave transports (WT) for each month of 2000 is computed using the wave products of ECMWF reanalysis data. By comparing the 2000 monthlymean WT and monthlymean wind field from QUICKSCAT, large differences are found between the wave transport direction and the wind direction over the Eastern Pacific. This may serve as an evidence for the existence of the SP in this region. The work done in this study indicates that the sources of swell in the Tropical Eastern Pacific (TEP) are in the westerly regions of the Southern and Northern Pacific.