关于固定点波面海浪模型的理论研究

固定点波的海浪模型对研究船舶操纵与控制是十分必要的.皮尔逊(Pierson)在1952年最先利用谱来描述海浪并提出固定点波面的一种运动模型,即海浪模型^[1,2].     

海浪波面极大值分布的非线性影响

依非线性海浪模型,在二阶近似下,利用特征函数展开技术和直接求矩的方法,导出了定点波面位移及其对时间的一阶和二阶导数的联合分布。由此联合分布,导出了二阶非线性近似下的波面极大值分布。它由线性意义下的海浪频谱及所考虑的二阶级。波相互作用所确定。当忽略非线性影响时,文中给出的波面极大值分布退化为Cartwright和Longuet-Higgins所导出的分布。     

二阶非线性随机海浪波面高度和波面垂直速度的联合分布

基于Longuet－Higgins提出的非线性随机海浪模型，在二阶近似下通过直接计算联合分布的各阶矩，导出了非线性海浪波面高度和波面垂直速度的联合分布。该分布为非正态，其形式为截断的级数，而非由累积矩母函数方法可能得到的渐近无穷级数。由于非线性的影响，波面高度与波面垂直速度不再相互独立。     

非线性海浪波面与波高的统计分布

采用风浪谱参量化的方法将随机波面无因次化,把波面与波高概率分布的各阶矩展开为谱宽度根方的幂级数,并由此导出波面与波高的统计分布。结果表明,在准确至零阶和一阶时,风浪分别退化为静止海面和单色波;在准确至二阶时,波面为线性模型,即波面服从正态分布;而在准确至三阶以上时,波面分布与Longuet-Higgins导出的非线性海浪模型的Gram-Charlier形分布具有同效益;并在准确至三阶时,导出一种新的波高分布,此分布函数以Longuet-Higgins等给出的Rayleigh分布作为二阶近似的特例。     

基于波面起伏相关性估计海浪波长的新方法

提出了一种实验室波长估计的新方法。在实验室中,使用同步测量的多个测波仪采集波面起伏数据,并根据不同测波仪数据的相关性,计算通过两个测波仪的波浪传播速度,并由此计算波浪波长,计算结果与传统的根据频散关系计算波长对比。分析结果表明:这种新的方法比原有的根据频散关系计算波长更为合理。同时,针对该方法分辨率较低的不足,本文提出了一种新的测波仪数据的插值方法。通过分析实验数据表明:这种新的插值方法有效地提高原有方法的波长计算精度。通过测波仪数据相关性及插值方法配合,该方法可以更合理计算海浪波长。     

未破碎变浅随机海浪的波面高度概率分布

利用青岛海洋大学物理海洋实验室现代化的大型水槽,设计进行了多种海浪强度下,由深水传入近岸不同坡度水底上的变浅随机海浪的实验.依据实验资料分析结果表明,对变浅非正态海浪过程而言,其波面高度分布取Gram-Charlier级数前3项,所得结果与实验分布符合良好.该分布中σ、λ₃、λ₄3个参量是测点水深和波浪强度的函数,并获得了与无因次参量Hs/d之间的经验关系,为预测变浅随机海浪的波面高度分布提供了可能.     

基于Beta波面分布的非线性海浪波高分布

基于非线性Beta波面分布,采用经验变换,导出1种仅用随机波面偏度λ3和尖度λ4 2个参数表示的非线性海浪波高概率统计分布--波高类Beta分布.此分布发展了线性窄谱假定下的Rayleigh分布.就所用实验室资料验证而言,本文推导的波高类Beta分布要优于几种工程上常用的波高分布.     

三阶非线性海浪波面斜率的联合概率统计分布

从Longuet-Higgins于1963年建立的非线性随机海浪模型出发,对各向同性波面斜率的联台概率统计分布进行了理论研究.结果表明,在三阶近似下,波面斜率联合概率统计分有为截断的Gram-Charlier级数,截断的项数取决于非线性近似的阶数,每一阶近似均对前一阶近似结果有所修正如果不考虑非线性耦合相互作用的影响,则分布蜕化为高斯分布.     

高阶非线性海浪波面斜率的联合概率统计分布

基于非线笥随机海洋模型,对各向异性波面斜率统计分布进行了理论研究,结果表明,在高阶近似下,波面斜率统计分布为截断的Ｇｒａｍ－Ｃｈａｒｌｉｅｒ级数。如果忽略波－波相互作用的非线性影响,则Ｃｒａｍ－Ｃｈａｒｌｉｅｒ级数分布蜕化为正态分布。     

非线性海浪波面斜率的概率分布和白浪覆盖率的计算

依二维非线性海浪模型,在三阶近似下,利用特征函数展开技术和直接求矩的方法,导出了波面斜率的概率分布。据此分布,利用极限表面斜率判据,给出了白浪覆盖率的一个解析模式。该模式依赖于3个参量,这3个参量可由线性意义下的海浪波数谱及三类波-波相互作用所确定。     

风浪状态对海面拖曳系数的影响

通过对四种参数化方法的比较,认为风海雷诺数RB较风速、波龄和波陡能更好地描述拖曳系数CDN。利用分组平均法对CDN与RB关系进行处理,得到最佳的CDN参数化方案。利用COARE3算法测试了四种依赖海况的粗糙长度,与实测结果进行了比较,结果表明CDN与RB的关系式更真实地反映了海-气界面动量交换过程。     

风浪状态对海面粗糙度影响

风浪状态参数常用于对海面粗糙度的参数化。中等风速条件下考虑风浪状态参数影响的海面粗糙度参数化方案常存在自相关效应,本文通过分析实测数据得到了无量纲粗糙度随波陡变化的参数化方案,该方案能够有效去除自相关效应;高风速下风浪状态对海面粗糙度仍存在影响,文中基于新得出的中等风速下的海面粗糙度参数化方案,考虑海面飞沫悬浮层的影响,建立了适用于高风速条件下的海面粗糙度参数化方案,该海面粗糙度方案同样考虑了波陡的作用,将该方案计算出的理论值与实测数据进行比对,发现随着波陡的变化,理论值基本涉及测量值的覆盖范围,说明新建立的高风速条件下海面粗糙度方案对海面风浪状态具有较好的敏感性,且该方案能够较合理地描述海气界面之间动量传输。将新提出的适用于高风速下的海面粗糙度方案加入到海浪数值模式中,模拟飓风Ivan产生的台风浪,利用浮标数据进行验证,结果显示模拟的有效波高相对模式默认方案具有较高的精度,说明采用本文新建立的适合高风速的海面粗糙度方案能够改进海浪模式的台风浪有效波高模拟结果。     

ON THE JOINT DISTRIBUTION OF THE PERIODS AND HEIGHTS OF SEA WAVES

Based on the ray theory of waves and the linear model of sea waves, a joint distribution of periods and heights is derived. The theoretical expression has the same merits as those of Lon-guet-Higgins', but the wave height distribution is still Rayleigh's.     

关于海面上大气稳定度的计算问题

本文提出仅需若干特定层次的风速与气温的观测(或计算)值便可算出大气稳定度的5个简化式。计算结果显示:(1)所论海区可沿用风速的对数律,而(气温—表面水温)的对数律是有条件地被采用;(2)R_1=R_2,R_1=ζ_2和ζ_3=ζ_2。     

黄海陆架表层水温的低频振动

本文在对位于黄海南部陆架上的朝连岛站30年水温资料进行分析时发现,该站的表层水温有周期大于20个月的低频振动,其中以准两年周期和6年周期最显著。陆架水温的这种低频振动是对东亚季风异常的响应。这种低频振动在冬季与渤海冰情的变化同步;在夏季与黄海底层冷水团的强弱相关。同时,这种低频振动在对马暖流上也有一定的反映。     

以海浪波要素表示的外频谱形式

孙孕等（１９９４）提出了外频谱的概念,并推导出外频谱的理论形式,但其控制参量是由内频谱导出的,不便于实际应用,通过对实测海浪数据的分析,得到了控制外频谱的３个和内频谱有关的参量与波浪要素之间的关系,进而将外频谱表示以有效波高和有效波周期作为控制参量的形式,应用实测资料将本文得到的外频谱形式与理论外频谱进行了比较,发现二者符合良好。     

桩群上的最大总波浪力

桩群上的总波浪力基于线性化的Morison方程,作用在桩群上(图1)的总波浪力F(t)及总波力矩M(t)为:.     

雷达探测海浪及其方法的研究

根据连云港714天气雷达(波长10.6cm)探测到的海浪回波资料,结合实测风浪资料,分析了海浪回波特征,得到了海浪回波最远距离与最大风速的相互关系换算方法。