水重力波统一变分原理导出的风生斜剖面波浪

考虑到目前应用的规则波具有对称于垂直坐标轴的波剖面,这与实际的风生海浪有较大差别,在应用水重力波统一变分原理导出线性波、弧立波、五阶斯托克斯波和流函数波的基础上,本文应用水重力波统一变分原理导出风生斜剖面波浪。其特点是波剖面在风压的作用下,不对称于垂直坐标轴,而是呈向前倾斜的形状。     

精确边界条件导出的最优化五阶斯托克斯波

本文应用变分原理的方法，根据精确的动力自由表面边界条件导出五阶斯托克斯波。所得 边界条件的误差平方和最不意义的最优化解，本文还讨论了确定伯努利方程中的示知函数ｆ（ｔ）的方法。     

深水波中进动共振的数值模拟研究

进动(precession)共振是一种非线性共振相互作用,2016年才有学者对这一现象进行研究。采用非静压二维自由表面流模型模拟了深水条件下重力波的进动共振现象。通过边界造波的方法产生双色波,分析了触发进动共振的初始条件;探讨了进动共振在小振幅前提条件下发生的简化初始条件。数值模拟分析两组对称测点,对不同测点的波面、能量谱进行对比分析。数值结果表明:非静压二维自由表面流模型可以模拟进动共振现象,并且可以采用双色波作为条件来研究深水五波进动共振现象,进动共振需要一定的能量转化时间,进动共振发生的条件是三波组合的进动频率等于一个系统存在的非线性频率。     

实验室造波条件对内孤立波发展影响的直接数值模拟

内孤立波具有振幅尺度大、能量集中的特点,其引起流场和密度场的迅速变化可能对海洋工程结构物以及水下潜体造成严重威胁.因此研究不同造波条件下生成的内孤立波运动的流场特征具有重要的学术意义和实际应用价值.采用直接数值模拟方法和给定的初始密度场密度跃迁函数,对重力塌陷激发内孤立波的运动过程进行研究,探讨了不同造波条件下,激发产...     

复杂地质体粘滞弹性波正演模拟的有限差分法

运用时空域的二阶中心差分法 ,由运动微分方程、自由边界条件及人工边界上的吸收边界条件 ,导出了二维非均匀粘滞弹性介质中波传播的二阶显示差分格式。该法可以方便且精确地处理自由表面、人工边界及交接层面。实现了在微机上用有限差分法对地震波在传播过程中的波型转换及波形变化的全波场模拟     

斯里兰卡南部海域次重力波特征研究

次重力波在近岸水动力运动过程中起到重要作用,深入地了解次重力波对预防其引发的近岸灾害有着重要意义。结合波浪现场观测方法和数值模拟方法研究了斯里兰卡南部海域次重力波特征。短波和自由次重力波通过海浪谱模型WAVEWATCH III模拟,而约束次重力波通过二阶非线性理论模拟,数值模拟结果与现场观测结果对比吻合良好。研究结果表明,斯里兰卡南部海域大部分时间以自由次重力波为主;在强涌浪海况下（短波波高大于2.5 m,周期大于15 s）约束次重力波逐渐逼近自由次重力波甚至占主导地位;斯里兰卡大陆架极其狭窄,对涌浪的能量损耗作用极为有限,使得近岸面对强劲的涌浪及其伴生的次重力波的侵袭,增大了次重力波引发近岸水动力灾害的风险。     

高频表面波对定常Ekman流解的影响

基于Jenkins(1989)建立的包含Stokes漂流、风输入和波耗散影响的修正Ekman模型,采用Paskyabi等(2012)使用的推广的Donelan等(1987)中的谱和波耗散函数,并利用Paskyabi等(2012)中修正方法给出的包含高频波的风输入函数,在粘性不依赖于水深及粘性随深度线性变化的条件下,研究了包含高频毛细重力波的随机表面波对Stokes漂流和Song(2009)导出的波浪修正定常Ekman流解的影响。结果表明高频表面波使Stokes漂流在海表面剪切加强,对定常Ekamn流解的影响通常不能忽略,但对Ekman流场的角度偏转影响很小。最后,将考虑高频表面波尾谱影响所估算的定常Ekman流解与已有观测结果以及经典Ekman解进行了比对分析。     

五阶斯托克斯波的简化解法及改进解

由于Ｓｋｊｅｌｂｒｅｉａ导出的确定五阶斯托克斯波的二个方程不易求解，本文将其简化为确定ｄ／Ｌ的一个方程：ｆ（Ｈ，Ｔ，ｄ，ｄ／Ｌ）＝０。根据这一简化解法，发现Ｓｋｊｅｌｂｒｅｉａ方程组的解有３种情况；存在唯一的精确解精确解不止一个；不存在精确解（但存在满足Ｓｋｊｅｌｂｒｅｉａ方程组方面的最佳近似解）。当精确解不止一个时，可应用变分原理的方法差别出合理的解，应用变分原理的方法还可将Ｓｋｊｅｉｌｂｒｉａ     

无限水深聚焦波完全非线性数值模拟

基于势流理论提出一种新的高阶边界元方法对无限水深的聚焦波浪进行完全非线性数值模拟.自由水面满足完全非线性边界条件,模拟波浪的非线性效果可以达到更高阶.利用镜像原理,建立一种全新的格林函数应用到无限水深的数值波浪水槽中,以致于两无限深水槽侧壁的积分可以被排除.为了产生相应的入射波和吸收出流波浪,一个由点源组成的造波装置被布置于计算域内,同时人工阻尼层被用来吸引出流波浪,由波浪聚焦的方法得到极限波浪.通过开展线性和完全非线性聚焦波浪的数值实验及与理论解对比,验证本数值模型可以用来模拟无限深水域的极限波浪,且在出流边界没有反射.     

波群与单频率波的波向线的比较

本文根据普遍几何群速的概念和Fermat原理导出的波群的波向线方程,数值计算在理想底形海域中波群与单频率波的波向线,并加以比较,指出两者的异同。同时还检验了前人的一些结论。     

一次反射波与自由表面多次波联合偏移成像:模拟数据分析

基于逆时偏移互相关成像条件,一次反射波与自由表面多次波联合偏移成像可以提供更宽的地下照明成像,以弥补一次反射波覆盖不足,同时不需要预测分离多次波,但是,在成像过程中也引入了偏移假象。首先对一次反射波与自由表面多次波联合偏移成像条件进行分析,通过对模拟数据成像结果分析,提出利用多次波信息进行成像,需要用震源子波和相位反转的地震记录作为逆时偏移中的源端波场做正向传播,原始地震记录作为检波端波场做反向传播,方可获得具有自由表面多次波成像贡献的结果。数值试验结果表明,尽管一次反射波与自由表面多次波联合逆时偏移可以提供更宽的地下照明成像,但是,随着自由表面多次波能量的增强,偏移假象也随之增强;当自由表面多次波能量减弱时,尽管偏移假象相应减弱,但是自由表面多次波对宽角照明成像贡献也随之减弱。因此,一次反射波与自由表面多次波联合偏移成像需要更深入研究。     

海洋内重力惯性波不稳定模态分析

基于海洋动力方程的内重力惯性波数学模型给出其数值求解方法,并对沿垂直切变背景流传播的海洋内重力惯性波的不稳定做了探讨,得到的结论有:在不考虑海底地形和采用刚盖近似的条件下,在稳定层化海水中,当背景流为常数时,海洋内重力惯性波均是稳定的。在较弱的稳定层结下,具有垂直切变的背景流会导致海洋内重力惯性波的不稳定。该不稳定内波的增长率对其波长具有选择性并可有短波截断。增长率最大处出现在波长为几十公里的范围内。对固定的内波波长,背景流垂直切变越强则其最大增长率越大;若此时有多个不稳定模态,则增长率最大的模态其垂直结构最简单。该不稳定内波流函数的结构在垂直方向大体呈单圈环流形态,环流中心可以是一个,也可以是2个,后者则呈"猫眼"结构。     

波向对变风向的响应

由能量平衡方程导出匀质波场局地风生浪平均波向对变风向的响应。结果表明,响应的时间尺度不但取决于波能的成长速率,还取决于方向分布函数和风向与平均波向之夹角。按文圣常提出的在局地风作用下的标准风浪成长曲线,对其响应时间尺度的定量估计结果表明,本文提出的无因次响应时间尺度与无因次能量和无固次峰频率的关系,与现已提出的模式比较与实测更符合。     

波群的波向线散开因子方程

本文将既适用于平面笛卡尔直角坐标系又适用于球面坐标系的基本式同文献[16]中的波向线方程结合,导出波群的波向线散开因子方程。由此方程解出的散开因子是波群组成波的波要素的函数。据此因子连同浅水系数和摩擦系数就可求得波群的波动强度或波高沿波向线的变化。在一定条件下,所导得的方程便分别化为形同于相应坐标系中单频率波的。 所讨论的波群的折射是唯一地由水深变浅所致的。 根据线性势论,得到由波数、波向和频率都彼此稍异的两系正弦波迭加而成的简单波群,海洋中的波群虽较这复杂得多,但两者本质上是相同的。故所提方程可作为计算浅水域中波群的折射系数的模式。     

斜向波对台阶地形上有限吃水半无限长弹性板的散射作用

基于线性势流理论和欧拉-伯努利梁理论,采用匹配特征函数展开法建立斜向波对台阶地形上有限吃水半无限长弹性板散射的解析解。与以往研究不同,本文同时考虑波浪入射角度、弹性板吃水、三种不同板端条件（自由板端、简支板端、固定板端）以及海底地形的影响。本文还直接将板端条件引入匹配边界条件,建立线性方程组求解速度势中的展开系数,计算过程简单、高效。计算结果表明：本文方法收敛性好,并满足能量守恒方程。将本文计算结果与文献中的特例结果进行对比,吻合良好。分析了波浪入射角度、弹性板吃水、不同板端条件以及海底地形对弹性板水动力参数的影响,研究结果可以为工程设计提供参考。     

不规则波作用下岸基式振荡水柱波能装置的水动力性能研究

为了研究真实海域中振荡水柱（OWC）波能转换装置的水动力性能,本文基于势流理论和高阶边界元方法,建立了不规则波与岸基式OWC波能装置相互作用的二维非线性数值模型,不规则波基于JONSWAP谱生成。为了考虑由于水体黏性引起的能量耗散,在气室内水面边界条件中引入人工黏性阻尼。并在大连理工大学波流水槽中开展了物理模型试验,对数值模型的有效性进行了验证。研究发现,在不规则波作用下,OWC波能装置的水动力效率相较于规则波作用下有所降低,特别是在低频波区域效率差值最大。与规则波相比,不规则波浪作用下装置峰值效率对应的频率变大。气室内的相对水面高程随着有效波高的增加而降低,而气室内相对气压则随有效波高的增加而增大。OWC波能装置的水动力效率受有效波高的影响较小,其峰值效率对应的频率不受波浪非线性的影响。本文可以为OWC波能装置的设计提供参考。     

混合Rossby惯性重力波致Lagrange余流

基于在一个连续层化条件下热带海洋波动的弱非线性动力学系统中建立的最低阶Ｌａｇｒａｎｇｅ余流协力学模型及由此导出的赤道波致Ｌａｇｒａｎｇｅ余流的一般解,导出了混合Ｒｏｓｓｂｙ惯性重力波第一斜压模态导致的最低阶Ｌａｇｒａｎｇｅ余流的表达式。从中发现,该波可产生纬向、经向和铅垂方向的Ｌａｇｒａｎｇｅ余流,其中水平分量与赤道中、东太平洋表层流速的年平均值（约５ｃｍ／ｓ）同量级;纬向和铅垂向余流关于赤道正对     

基于Boussinesq水波模型的聚焦波模拟

基于最高导数为3阶的单层Boussinesq方程,建立了聚焦波的时域波浪计算模型.数值模型求解采用了预报-校正的有限差分法.对于时间差分格式,预报和校正分别采用3阶Adams-Bashforth格式和4阶Adams-Moulton格式.首先,针对不同水深条件下水槽中传播的强非线性波进行模拟,并将数值结果与流函数的数值解...     

基于逆时偏移的浅水自由表面多次波成像技术

浅水环境中，多次波广泛发育且很难压制。与一次有效波相比，多次波具有反射角小、传播路径长、照明范围广等优点，如何较好地处理浅水自由表面多次波是海洋地震资料处理的重要环节。本文改变将多次波当作噪音进行压制的做法，实现对其有效利用。首先基于确定性水层多次波压制（DWD）技术加自由表面多次波压制（SRME）技术联合实现对于浅水自由表面多次波与有效反射波的良好分离；然后利用分离的有效波通过反馈环理论实现不同阶次多次波的预测；最后基于成像精度更高的逆时偏移成像技术，实现不同阶次多次波的分阶成像。模型资料和实际资料的试处理结果表明，组合分离方法实现了对浅水自由表面多次波与反射波的良好分离，而分阶成像既避免了成像过程中串扰噪音的影响，又通过利用不同阶次多次波进行成像，扩大了成像照明范围，提升了浅水发育区域地震资料的成像质量，实现了对浅水自由表面多次波的有效利用。     

非匀质波场波向响应模式

本文基于波能平衡方程,通过考虑波浪传播项,即Δ↓「Ｃｓ（ｆ,θ）Ｅ（ｆ,θ）」≠０,理论上导出了非均质波场波向对变风向的响应模式,研究了波场非匀质性对波向响应的影响;导出了有限风区波浪产生的非均质情形下平均波向与无因次风区的关系;同时还进行了某些讨论。