海浪方向谱的阵列测量

本文在系统分析国内外有关方向谱测量工作的基础上,根据实验室模型试验结果,采用由五个测波仪组成的“T”形阵列,于1991年6～7月同在渤海8号采油平台上首次进行了方向谱阵列测量,获得了宝贵的阵列测量资料。测量实施表明,选择最佳测量方案及性能稳定的测波仪器,对测量结果是至关重要的。     

东中国海海浪数值模式的研究

为建立适应东中国海的海浪数值模式，主要基于目前广泛使用的WAVEWATCHⅡⅠ海浪数值模式进行东中国海海域的海浪数值模拟。以NCEP和NCEP与QSCAT的混合风场资料为输入，模拟了两个时间段的东中国海海域的海面风浪场。选取的两个有实测资料的输出点分别在渤海和东海。从所得结果来看，使用NCEP与QSCAT混合风场模拟的东海观测点处的波高和风场的观测值和模拟值符合的较好；利用1998年相应时间段的NCEP风场模拟的上述两点结果与实测比较也是可以接受的。研究结果说明，在目前情况下，运用NCEP与QSCAT混合风场建立统一的东中国海海浪数值预报模式是可行的，同时为东中国海波气候学研究及海洋大气耦合作用研究奠定了模式基础。     

海浪方向谱阵列资料实例分析

根据傅氏级数展开法和贝叶斯方法,对现场获得的阵列资料进行了方向谱实例分析。结果表明,实测风浪方向谱能量的相对分布与相应的波场类型密切相关。涌浪和由稳定风场引起的风浪方向谱各组成波能量相对于方向呈单峰对称分布。大风引起的风浪方向谱能量的相对分布,虽也近似为单峰,但对称性差。不同波场类型的风浪方向谱各组成波的谱密度极值方向不同,表明不同频率的组成波有不同的主方向。     

基于海浪谱分解与重构的资料同化试验

针对有效波高资料提出一种海浪谱分解与重构的资料同化方案:利用历史时段内的有效波高观测资料和模式计算波高场,采用最优插值方法得到分析波高场;在WAVEWATCH-Ⅲ模式的波浪能量密度谱和有效波高分析值之间引入一个变异系数矩阵,描述模式的误差,以此为状态向量构建卡尔曼滤波系统,对分解过的海浪谱进行修正和重构,得到同化后的海浪谱初始场。利用美国阿拉斯加湾北部海域的7个浮标站进行同化和72 h预报试验,对连续1个月的预报结果进行统计表明:采用该同化方案后24 h预报结果的有效波高均方根误差比未同化的结果降低了0.13 m;同化方案对预报效果的影响可持续36 h左右,随着预报时效延长,同化的效果减弱。     

海浪方向谱阵列资料实例分析

根据傅氏级数展开法和贝叶斯方法,对现场获得的阵列资料进行了方向谱实例分析,结果表明,实测风浪方向谱能量的相对分布与相应的波场密切相关,涌浪和由稳定风场引起的风浪方向谱各组成波能量相对于方向呈单峰对称分布,大风引起的风浪方向谱能量的相对分布,中也近似为单峰,但对称性差,不同波场类型的风浪方向谱各组成波的谱密度极值方向不同,表明不同频率的组成波有不同的主方向。     

实测海浪方向谱的统计特征

本文根据仪器阵列测量和“９５６”测波浮标获得的个例方向谱资料,分析了不同波场类型的实测方向谱形状;计算了海浪能量圩方向和频率的实际分布;结合实测的风要素,探讨了由台风边缘大风和寒潮大风引起的风浪峰频组成波方向与风向的对应关系。     

海浪谱型对最大波高估算的影响研究

无论是对于各种涉海水工建筑物的设计还是对于它们的防护而言,最大波高的预测都是非常重要的工作。目前常用的海浪预报模式多以相位平均模型为主,其能直接给出的计算结果是海浪谱,因此基于海浪谱给出合理的最大波高估算具有重要的意义。前人对波陡、谱宽等参数对最大波高公式的影响都有了较为清楚的认知,然而相关研究大多围绕单峰谱开展,尚没有考虑包括双峰谱在内的海浪谱型最大波高公式的影响。本文首先探讨了海浪谱对最大波高的影响特性,进而提出了海浪谱谱型的参数化定义,最后给出了考虑谱型因子的最大波高公式。     

基于准线性近似方法的SAR图像海浪参数反演研究

本文根据相干斑噪声的时间快变特征和非海浪纹理现象的时间缓变特征，基于交叉谱提出了一种对相干斑噪声和大尺度非海浪纹理的抑制的方法，进而结合SAR图像谱和海浪谱之间的准线性映射关系，基于SAR数据对海浪参数进行了反演。在反演过程中，首先仿真分析了不同海况下准线性近似法的海浪反演能力，结果表明：风浪引起的方位向截断效应会显著影响反演精度，因此该方法在低风速时的涌浪反演精度更高。通过将基于Sentinel-1卫星2020年的波模式SAR数据的反演结果与欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)提供的再分析数据进行对比，发现高海况海浪有效波高反演结果明显偏低，而且该反演误差与风速、方位向截断波长之间存在显著相关性。为了提高有效波高的反演精度，本文进一步给出了海浪有效波高反演误差与风速、方位向截断波长之间的经验校正函数模型，结果显示，通过该模型修正后的海浪有效波高反演结果与ECMWF数据和浮标测量数据具有良好一致性。     

基于极化SAR数据的海浪信息反演

基于C波段极化AIRSAR数据,采用性能较好、计算简便的圆极化法提取极化方位角,利用极化SAR数据的反演算法反演海浪参数。将反演的海浪参数与NDBC浮标测得数据进行比对,结果显示两者反演海浪参数较为一致,精度符合海浪观测要求。同时,对海岸岬角在海浪传播过程中的折射作用进行了分析,发现海浪由开放水域向近岸浅水域传播过程中受到海岸岬角折射影响较大,结果符合近岸海浪传播特征。     

中国近海蒸发波导区划研究

蒸发波导是发生在海洋近地层中的一种异常折射现象,它能够改变电磁波的正常传播特性,对雷达、通信等电子设备性能产生重要的影响。利用被动式大气波导探测系统监测数据和国家海洋信息中心同化的0.25°×0.25°格点数据,对中国近海的蒸发波导进行了统计分析,结合蒸发波导对雷达的影响,对中国近海的蒸发波导进行了区域区划,形成了中国近海蒸发波导四级分布,以及雷达可利用波导范围的区划,为指导部队训练过程中利用蒸发波导环境提供了数据支持。     

中国海洋调查船分级方法研究

海洋调查船是开展海洋调查观测的必需工具,是中国"建设海洋强国"、"一带一路"战略实施的重要保障。实行海洋调查船分级制度对于提高中国海洋调查船管理水平,合理安排调查船航次并有效指导国家海洋调查船新建规划具有积极意义。欧美均有系统完善的海洋调查船分级制度,而中国目前还没有。文中在借鉴美国调查船分级制度的基础上,结合中国地理位置以及调查船参数将,中国调查船分为全球级、大洋级、区域级和近岸级4个级别。分级依据选取船舶注册总吨、续航力、自持力、科考定员和实验室面积。在此基础上采用该分级方法对中国现有调查船进行了等级划分,得到了较好的结果。另外,还探讨了选取船舶满载排水量和续航力进行调查船分级的可能,为今后完善调查船分级方法提供了更多的思路。     

我国海洋能产业空间布局研究

海洋能是应对全球化石能源短缺及气候变化的重要选项之一,发展前景广阔。目前我国海洋能技术取得了一定进展,但海洋能产业总体尚处于初始发展阶段。基于我国海洋能产业发展现状及存在问题,以沿海11个省(市、区)为评价单元,以海洋能资源禀赋、研发和装备制造能力、开发利用基础、规划导向、基础设施条件为主要评价指标,运用多指标综合评价法研究提出我国海洋能产业空间布局,以期为我国海洋能产业发展及政策制定提供参考。     

合成孔径雷达图像中海洋内波的特征检测

海洋内波在合成孔径雷达(SAR)图像中具有特定纹理分布,因此可以根据海洋内波SAR图像的纹理分布特性,进行内波海面特征检测。利用功率谱对具有不同纹理特征的SAR图像进行分析,并对特征进行分类统计得出内波的功率谱特征。在海洋内波区域,利用多孔小波变换及多尺度融合提取海洋内波特征,在此基础上对波-流散射系数进行提取。提出了"内波特征的功率谱特征-多孔小波综合检测算法",为海洋内波参数反演奠定了基础。     

基于太阳角度的全自动海洋光谱采集控制系统研究

针对海洋水色反演进行人工光谱采集时所存在的采集不连续、数据量少、覆盖海域面积小等问题,研究完成了一种基于太阳角度的全自动海洋光谱采集控制系统。该系统利用数据采集接收模块接收的位置、时间、角度信息进行太阳角度的精准计算,依据得到的太阳角度实时自动调整仪器观测平面的位置和光纤探头的指向角度,并根据光谱采集要求自动控制光纤探头转动,实现对天空光下行辐亮度、参考板上行辐亮度和海水上行辐亮度的采集,实现了海洋光谱采集的全自动控制。仿真分析了中国近海海域太阳方位角的变化情况,得到了中国近海海域太阳方位角的变化规律,保证了仪器观测平面位置调整的时效性和准确性。     

Analysis of Directional Spectra and Reflection Coefficients in Incident and Reflected Wave Field

In this paper, the modified Bayesian method for the analysis of directional wave spectra and reflection coefficients is verified by numerical and physical simulation of waves. The results show that the method can basically separate the incident and reflected directional spectra. In addition, the effect of the type of wave gage arrays, the number of measured wave properties, and the distance between the wave gage array and the reflection line on the resolution of the method are investigated. Some suggestions are proposed for practical application.     

Extraction of Ocean Wave Spectra From Simulated Noisy Bistatic High-Frequency Radar Data

An algorithm is developed for the inversion of bistatic high-frequency (HF) radar sea echo to give the nondirectional wave spectrum. The bistatic HF radar second-order cross section of patch scattering, consisting of a combination of four Fredholm-type integral equations, contains a nonlinear product of ocean wave directional spectrum factors. The energy inside the first-order cross section is used to normalize this integrand. The unknown ocean wave spectrum is represented by a truncated Fourier series. The integral equation is then converted to a matrix equation and a singular value decomposition (SVD) method is invoked to pseudoinvert the kernel matrix. The new algorithm is verified with simulated radar Doppler spectrum for varying water depths, wind velocities, and radar operating frequencies. To make the simulation more realistic, zero-mean Gaussian noise from external sources is also taken into account     

基于海浪谱的海浪视景仿真技术

海浪的视景仿真有重要的应用背景与军事意义。文中围绕如何解决海浪的实时视景仿真问题,讨论了基于海浪谱的不同浪级波面的仿真模型,并讨论了海浪的实时视景仿真实现技术。这些模型与技术对于提高海浪仿真实时性与真实性有一定的参考价值。     

基于AquaBuOY波能转换器的技术特性研究

文章描述了IPS浮标和瑞典软管泵技术结合的AquaBuOY点吸式波能转换器结构的设计理念和性能模拟,计算了用于准确地预报近海发电厂性能参数和经济学的AquaBuOY临界特性,并略述了马考湾(Makah Bay)近海示范发电厂的经验和数据结果.