功率谱密度函数的构建及在重力场元计算中的应用

应用输入输出法逼近局部重力场的关键在于构建有效反映局部重力场特征的功率谱密度函数模型、利用"间接法",基于Moritz协方差模型、Tscherning/Rapp协方差模型和Moritz两分量模型分别构建对应的功率谱密度函数模型,并采用非线性最小二乘法在EGM2008模型的基础上拟合了模型系数。拟合结果表明:在2倍相关长度的相关距离内,Moritz两分量模型求得的理论协方差值与经验协方差值的符合度最好。设计了以EGM2008模型重力异常为基础数据,计算大地水准面高的仿真实验。结果表明:三种模型中,Moritz两分量模型的计算结果精度最高,同传统Stokes方法的计算结果精度相当,与拟合的理论协方差曲线图所反映的结果一致。     

实测海浪数据的最大熵谱估计

一.前言 多年来,估算平稳随机过程的功率谱常用的方法是FTA(自相关函数的福氏变换)法和FFT(快速福氏变换)法.FTA法,是通过随机过程样本序列的自相关函数乘以某些窗函数,然后经过福氏变换及某种平滑而得到功率谱估计值.FFT法,是通过样本序列乘以某种数据窗,经过快速福氏变换和频率平滑而得到功率谱估计值.这两种谱分析法实际上对样本序列作了如下不切实际的假定:(1)过程是以样本长度为其周期之一的周     

机载波谱仪海浪谱反演方法及其验证

为了验证波谱仪反演二维海浪谱的功能,根据海浪波谱仪的信号形成机制,总结了机载波谱仪反演海浪的流程。利用机载波谱仪回波数据,通过自相关和互相关两种功率谱估计方法,反演了二维海浪谱。最后通过与浮标测量的二维海浪谱进行对比,验证了该机载波谱仪探测二维海浪谱的有效性。结果表明,无论采用自相关函数还是互相关函数进行功率谱估计,得到的主波波长和有效波高与实际二维海浪谱基本一致。互相关函数法得到的交叉谱能去除180°模糊现象,其在计算有效波高时相对于自相关函数会稍微偏小。在计算斜率方差时可以采用5°~12°入射角范围的后向散射系数进行公式拟合,因此定标与否并不影响最后的二维海浪谱结果,未来星载波谱仪只有靠多波束联合才能实现。     

某些ENSO指数的比较

为了诊断研究ENSO现象,海洋学家和气象学家提出了许多不同类型的指数。对各种不同类型的指数进行分析比较是非常重要的。本文选取4个指数(ENI、RI、SSTI和TDI)用最大熵法(MEM)和自相关函数的傅里叶变换法(FTA)分别计算了它们的功率谱和两指数相互间的协谱、正交谱和凝聚谱,对它们进行了比较。     

多分辨率数据输入输出法确定大地水准面

为从量化角度分析在采用输入输出法计算局部大地水准面中,输入数据(重力异常)的分辨率对计算结果的影响,以Moritz协方差函数模型估计功率谱密度函数,基于EGM2008模型重力异常计算了3种不同分辨率的输入数据下大地水准面高,仿真实验结果表明,随着分辨率的提升,将有更多的点能够参与拟合理论协方差函数模型系数,从而使得协方差函数模型在表征局部重力场特性上更加细化,大地水准面高的计算精度随分辨率的提升而提高。     

Stokes波的谱特性分析

应用理论推导及数值计算方法，对Stokes随机波的谱特性进行了分析。首先将波面方程，海水质点水平速度用一阶波面分量的非线性组合表示，应用平稳随机高阶短的降阶计算法则，得到了波面方程及海水质点水平速度与一阶波面分量的自相关函数之间的关系，从而确定了Stokes随机波浪的波浪谱密度及海水质点水平速度和加速度谱密度，进而求得有关波浪要素的均方根值。文章还应有数值计算方法，分析了波浪基本参数对均方根值的影响。     

无氧功实验适宜负荷确定方法的研究

为更准确的确定自行车无氧实验的适宜负荷，对４３名（１５岁～２１岁）受试者进行了Ｗｉｎｇａｔｅ法无氧功复实验，并对三种间接推算无氧功率适宜负荷的方法进行了比较。结果显示：用直接筛选法确定的适宜负荷与体重、腿围、腿力均高度相关。但与腿力的相关程度最高，与腿围的相关程度次之，与体重的相关程度最低。作者认为，体重、大腿围只能间接的反映腿部力量。用形态系数法和Ｗｉｎｇａｔｅ法确定无氧功率实验适宜负荷时，其准确性易受肌肉质量、训练水平等个体差异的影响。腿力百分比法确定的适宜负有适合于各个项目不同层次的受试者。腿力百分比法会成为一种新的更为准确的无氧功率实验适宜负荷间接确定法。     

基于文氏改进谱二维海面的电磁散射计算与数据对比

基于文氏谱的功率谱理论,结合Donelan分布函数与文氏方向谱的对比结论,提出了一种基于文氏改进谱的二维粗糙海面模型。在经典的双尺度法计算电磁散射的基础上,将二维随机粗糙海面的电磁散射计算结果与Nathanson数据进行对比,分析了不同海况、擦地角、入射频率下,两种极化方式时文氏改进谱二维随机粗糙海面的电磁散射特性。     

最大熵法与传统法海浪谱估计的比较

一、问题的提出 海浪功率谱是描述海浪波面随机过程的基本特征参数,它既可研究海浪能量相对于频率的分布,又可研究海浪波面对外表现的统计规律。因此,准确求出海浪频谱具有重要的实用意义。目前常用的海浪频谱估计自相关法和周期留法,它们都引进一些假设及某种权函数的主观意志。最大熵法(MEM)是资料自适应谱估计法,它的窗函数是不固定的,是自身适应一个频率又一个频率,在一个频率上估计谱值很少受其它频率的方差     

基于多项式逼近的固定式平台响应谱理论研究

依据波浪力成因和作用效果的不同,将波浪力分为两部分(Morisson 波浪力和 Inundation波浪力)讨论.对于两种波浪力中的非线性拖曳力项,采用高次多项式逼近,结合高斯型统计量高阶矩计算原理、相关函数、变换法和单输入多输出系统的互谱关系,预测海流海浪联合作用下的海洋平台响应谱的理论形式,求得总波浪力谱以及平台响应谱.在Inundation模态力的相关函数推导过程中,考虑海流影响时,惯性力项与拖曳力项的相关函数总和为0,这一结果与不考虑海流影响时的结果相同.     

在DYNABYTE M-8和CROMEMCO M-5微型机上进行海浪谱分析的程序设计和应用

本文主要介绍在DYNABYTE或CROMEMCO微型机系统上用BASIC语言、采用直接FFT方法进行海浪谱分析的程序设计及其应用。并用相关函数法编制了一套海浪谱分析程序。用该两种程序均进行了谱分析,其结果是一致的,谱是真实可靠的。     

潮汐预报的几种方法(二)

二、调和法 调和法是目前潮汐分析和预报中采用的一个基本的主要的方法。目前世界各国出版的潮汐表和潮流表差不多都是采用调和法推算的。 如果一个物理量Q(如潮高、流速等等)是随时间t按余弦函数变化的,则叫做调和量,共表示式为Q=Acos(σt+α)。这里最基本的量是σ,称作角速率,Q的变化周期T即等     

传统方法估计海浪频谱质量问题的讨论

一、问题的提出我国《海洋调查规范》(1975)的“海浪频谱的分析”节中,曾规定了传统频谱估计方法的一些参数,例如采样步长是0.5,0.75,1秒;自由度是50～60等等。由于当时海浪资料的限制,只比较了谱窗对谱质量的影响,规定自相关法采用Hamming窗是最佳,周期图法采用矩形窗。在这窗函数下进行谱估计时,步长的选取,自由度的确定,只分析少数几组资料,故这些参数确定是参阅了Wilson(1970)和Kinsman(1965)等文献。因此,这些     

互相关法和互功率谱法时延估计的比较

本文对被动声纳的两种时延估计方法——互相关法与互功率谱法的性能进行了比较,由于船舶辐射噪声和海洋环境噪声的复杂性,本文把重点放在被动声纳海上实测信号的研究上,实验研究表明,互功率谱法比互相关法有较大的环境适应能力和较高的估计精度。     

关于功率谱密度函数计算中的几个问题

近年来,“谱分析”方法已在海洋科学的各个学科中广泛地应用,并且取得了不少成果。但在实际工作中,如在分析潮汐、潮流、海流等功率谱密度函数的计算结果时也遇到了一些具体问题。这些问题可以归纳为:通过快速富里叶变换方法得到离散的平滑谱估计值的     

稀酸前处理对海带褐藻胶的提取及其质量的影响

由海藻原料提取褐藻酸钠被视为离子交换过程,提取方法有直接提取法和间接提取法两种。所谓直接提取法只包括一步离子交换反应,即藻体中的钙、镁、锶等离子被钠离子直接取代。 Ca(Alg)_2+2Na~+→2NaAlg+Ca~(2+) 而间接提取法包括了酸的前处理和碱溶解两步离子交换过程。即: Ca(Alg)_2+2H~+→2HAlg+Ca~(2+)     

一种计算有限水深波能功率的新方法

海洋波浪能平均功率的准确计算是波浪能开发和利用的基础。实践中,波浪能转换装置一般安装在有限水深区域。对于随机波,只有当详尽的波浪谱已知的时候,有限水深区的波能功率才能被准确计算出来。由于种种原因,实践中波浪的实测数据大多以散点图或有义波高和统计波周期的形式给出,而波浪谱信息有时则很难获得。基于这种情况,传统上人们利用无限水深条件下的相关公式来估算有限水深区域的波能功率,但这种做法会造成较大的误差。本研究显示,对于50 m水深的理论波谱JONSWAP谱来说该误差高达14.6%。为了提高波能功率计算的准确性,本文提出了一种基于能量频率的一阶和二阶近似算法,可以在未知波浪谱的情况下较为准确地计算不同水深时的波能功率。针对两种理论波浪谱的计算结果表明,本方法在计算有限带宽内的波能功率时计算误差低于2.8%。     

降雨条件下的导航X波段雷达海浪参数反演算法研究

X波段的电磁波受降雨影响容易产生衰减,这导致导航X波段雷达在降雨时无法用于海浪观测。本文提出了一种新的降低降雨影响的算法来反演海浪参数。首先,对X波段雷达图像做主成分分析,获得波浪变化的主成分,利用一维傅里叶变换得到波数谱,对其滤波减小降雨对雷达图像的影响;然后,选取JONSWAP(Joint North Sea Wave Project)谱作为理论谱,建立以观测谱与理论谱的最小化差异为目标函数的模型,求解该模型估算海浪的有效波高。与浮标测量的有效波高相比,该方法反演的有效波高的均方根误差是0.23 m,证明了该方法的可行性。     

深海自然噪声场的空间互功率谱

本文从海洋自然噪声场时空相关函数的普遍表达式出发,导出了无吸收情况下自然噪声场的空间互功率谱的一般表达式,并就均匀深海及表层为正声速梯度的深海两种情况进行了计算。结果指出海水非均匀性的影响是很小的。     

直接积分法在防波堤可靠性分析中应用

防波堤是港口工程的重要组成部分,在港口工程总投资中占有较大的比重。准确地计算防波堤的可靠性具有重大的理论和经济意义。随着数理统计理论的快速发展,直接积分法在结构可靠性计算中的应用逐渐得到重视。应用直接积分法计算直立式防波堤的可靠性,概率意义明确,计算精度高。以秦皇岛典型直立堤为算例,采用直接积分法对直立式防波堤进行可靠性分析时,将无限积分区域转换成有限积分区域,分析选择了波浪力和浮托力的联合密度函数,采用数值积分的办法计算失效概率,并将计算结果与独立变量JC法和相关变量JC法的计算结果进行了对比。结果表明:直接积分法和相关变量JC法计算结果相近,而比独立变量JC法计算结果偏低。