基于RD谱轮廓线的高频地波雷达二阶谱提取

雷达回波谱中的噪声和目标回波会对二阶谱的提取造成困难。基于地波雷达海面回波谱特性,提出了一种采用距离-多普勒谱(RD谱)轮廓线结合一阶和二阶谱特点的二阶谱提取方法。此方法可以通过计算机自动实现对二阶谱的提取,有利于大批数据的分析和工程化系统的实时处理。利用该方法对典型实测雷达回波数据进行了处理和分析。结果表明,RD谱轮廓线能够反映一阶谱和二阶谱的特征,并且不易受噪声和目标的影响;从RD谱轮廓线获得的二阶谱分界点,可以为一维多普勒回波谱中的二阶谱提取提供参考,能够较好地避免由于目标和噪声的影响而导致的二阶谱边界误判问题,准确地分离二阶谱。     

海浪二阶谱及其估计

本文扼要叙述了研究海浪二阶谱的意义,着重介绍了二阶谱的定义与概念,列举了现有几种估计二阶谱的方法,并对其周期图方法中相关函数的定义及推导过程作了更正。另外,我们用实测波面记录进行二阶谱估计,通过分析,得到了一些有益的结果。最后,本文对今后二阶谱的研究提出了一些设想。     

二阶谱理论及其在海浪研究中的应用

为了使人们能方便掌握、合理选择估计二阶谱的方法，对目前现有估计二阶谱的相关函数方法、周期图方法、ＴＯＲ方法和ＣＴＯＭ方法作了较详尽地介绍，并比较了各种方法的优缺点，最后重点讨论二阶谱于海浪研究中的应用及已取得的成果。     

二阶谱理论及在海浪研究中的应用

针对目前国内对于二谱的研究及应用尚不普遍的状况，在参考国外文献以及我们已完成的有关研究基础上，系统地阐述了实过程的二阶谱，交叉二阶谱与矢量过程的旋转二阶谱，旋转交叉二阶谱的定义与概念，重点讨论了实过程二阶谱的有关性质。     

均匀水底上二维随机波面的二阶谱

本文用摄动方法导出了均匀水底上精确至二阶的二维随机波动解。依据此解并将二阶谱定义为三阶矩函数的Fourier变换,首次给出了精确至二阶的二维随机波面二阶谱的理论表达式并简略地考虑了它的各个组成部分的物理意义。     

基于EOS-ELM的高频地波雷达有效波高反演

高频地波雷达(HFSWR)海面回波谱中包含海态信息,通常基于一阶谱和二阶谱特征信息分别建立拟合模型来反演有效波高,但是单独利用一阶和二阶谱信息来反演波高,会分别存在一阶谱能量饱和和二阶谱信噪比低的问题。本文基于集成在线顺序极限学习机(EOS-ELM)的方法,利用高频地波雷达数据,综合考虑一阶谱和二阶谱的特征信息来进行有效波高的反演。学习机能够有效选择一阶谱和二阶谱信息,使结果达到最优化,从而提高有效波高的反演精度。针对低海况的数据,本文通过分析确定波高分类阈值,将数据分段进行波高反演,进一步提高了波高反演的精度。     

中国明对虾TOR 基因的克隆及精氨酸、亮氨酸对其表达的影响

首次从中国明对虾(Fenneropenaeus chinensiss)肌肉组织中克隆得到TOR基因的cDNA,全长共7 638 bp,开放阅读框7 389 bp,编码2 462个氨基酸。氨基酸序列比对和结构域分析均证实其为目前已知的TOR激酶的同源蛋白。应用实时定量PCR的方法研究TOR在中国明对虾中的组织分布特异性,以及注射等浓度的亮氨酸和精氨酸后,肌肉组织中TOR mRNA表达水平在3,6,12,24 h的变化,探讨营养水平对TOR基因表达的影响。结果显示,注射亮氨酸和精氨酸24 h的对虾TOR mRNA表达量是对照组的3~4倍,显著升高(P0.05),证实氨基酸对TOR的表达具有调节作用。     

基于一阶谱信息的单站高频地波雷达风速提取

单站高频地波雷达反演风速通常需要利用二阶谱信息,但利用二阶谱信息进行风速反演的距离较小,不能满足远距离风速反演的需求。本文首先对高频地波雷达一阶谱与风速间的相关性进行了分析,在此基础上,基于一阶谱信息,利用极限学习机(ELM)方法对不同站点和不同频率的雷达获得的实测数据进行了风速反演。结果表明,利用极限学习机方法对实测数据获得的风速结果能够体现风速变化的趋势,两批数据反演结果的相关系数分别是0.46和0.42,均方根误差分别为1.93和1.89m/s。尽管其相关系数较低,但均方根误差可以接受,说明利用单站雷达一阶谱信息来进行风速反演是可行的。     

CTOM方法于海浪二阶谱估计中的应用

自从Hasselmann等人[1]于1963年首次把二阶谱应用于海浪研究以来,二阶谱作为研究随机过程二阶非线性的有效工具,已在许多领域(包括海洋学、地球物理学、流体力学、等离子物理、电讯等)得到广泛应用.人们通过对被研究过程的二阶谱分析,获取在功率谱分析中得不到的信息,能够从其内部结构上比较合理地描述、解释如波-波相互作用、组成波之间能量传输等非线性现象.二阶谱分析技术现正日益受到人们的重视.     

非线性随机海浪模型的一种新形式

以反映随机海浪非线性的波面高度分布高阶矩为参量，提出一种新形式的非线性随机海浪模型，在三阶近似下具体导出其波面高度的表达工和推导出二阶谱。本文模式为Ｌｏｎｇｕｅｔ－Ｈｇｇｉｎｓ模式的另一种新的数学表示。     

海洋重现期波高统一化计算方法

重现期波高是港口海岸及海洋工程设计中不可回避的一个重要设计参数,尤其对深水海港、海上平台、海底油气管道、沿海核电站等重大涉海工程设计具有巨大的经济价值和深远的社会效益。但是,现有重现期波高推算缺乏统一的计算方法,导致计算结果相差悬殊。研究重现期波高的统一化计算方法,分析重现期波高计算中存在的各种不确定因素,提出减少这些不确定因素的新方法,建立误差小、应用方便、方法统一的重现期波高计算方法。基于澳大利亚悉尼站的长期连续观测波浪数据,研究发现:广义帕累托函数(generalized Pareto distribution III,GPD-III)和威布尔(Weibull)是重现期波高计算的最佳候选极值分布函数,新推导的函数形状参数计算公式较好提高重现期波高的计算精度,极值波高数据的分析方法和样本大小是影响重现期波高计算精确度的两个重要因素,短期波浪资料和年极值法可能高估重现期波高值。逐个风暴的极值波高数据分析法及最佳候选极值分布函数GPD-III和Weibull建议应用于涉海工程设计的重现期波高推算。     

海浪的动态视觉仿真

对海浪液面位移模型的建模方法进行了研究,利用Phillips谱分析方法,建立了受风场和海底地形等因素影响下的海浪波面位移模型,提出了2D FFT的优化方法,提高了计算机的执行效率,解决了海浪数字仿真中的动态数据生成问题,并最终实现了不同分辨率海浪模块的拼接和渲染。     

Analysis of Dynamic Stability of Ocean Gravity Structure Foundations

Based on unified equivalent harmonic loading on seabed foundation and energy approach suggested by the authors, the development of dynamic pore water pressure and stability of soil foundation for the vibration of ocean gravity structures excited by random wave loading are analysed. It may be seen that the present method for the study of dynamic problems of ocean gravity structure soil foundations is more reasonable and convenient.     

Estimation of the bispectra and phase distribution of storm sea states with abnormal waves

This work deals with the estimation of the bispectrum of wind waves during severe storms containing abnormal or freak waves. It presents the basic definitions of higher-order spectra and of the bispectra in particular and further suggests how to interpret some of the results to identify non-linearity in the wave time series. Different estimation methods are used and compared so as to identify the differences in the estimated bispectra that results from the estimation procedure and the ones that result from the physics of the sea states. It is found that as a result of the second-order self-coupling the phase distribution of the wind wave during the severe storms differs from the uniform one and is well approximated by the distribution proposed by Tayfun and Lo [1989. Envelope, phase and narrow-band models of sea waves. Journal of Waterway Port Coast and Ocean Engineering 115(5), 594–613.].     

Scholte-to-Rayleigh Conversion and Other Effects in Range-Dependent Elastic Media

The parabolic equation method provides an excellent combination of accuracy and efficiency for range-dependent ocean-acoustics and seismology problems. This approach is highly developed for problems in which the ocean bottom can be modeled as a fluid. For the elastic case, there remain accuracy limitations for problems involving sloping interfaces. Progress on this problem is achieved by improving and benchmarking the mapping solution. This approach is extended to handle multiple solid layers and propagation between sea and land. It is applied to new types of problems, such as the propagation of a Scholte wave up a sloping ocean bottom and conversion to a Rayleigh wave on land. Although the available benchmark solutions are limited, the results indicate that the mapping solution should be accurate for a large class of problems when slopes are small and that this assumption can be relaxed by applying a simple correction.     

波谱仪调制功率谱估计算法性能的仿真研究

基于星载波谱仪海浪方向谱探测原理,仿真了不同海况、风速下的海浪波谱仪接收信号,并采用周期图法、Welch法、AR模型法以及最小方差法共4种不同的调制谱估计方法反演出海浪谱,比较各种调制谱估计方法的海浪方向谱反演性能。仿真结果表明:对于一定方位向下的一维海浪谱反演,不同调制谱估计方法反演海浪谱性能优劣没有绝对的顺序。对于二维海浪谱反演,在成长中海浪条件下周期图法反演性能最差,其他3种方法的反演性能没有绝对优劣顺序;对于成熟风浪,最小方差法在积分能量误差、有效波高误差两个指标上的反演性能最好,在主波波向、主波波长误差上,周期图法反演性能最差,其他3种方法没有绝对优劣顺序。在涌浪条件下,AR模型法反演性能优于其他3种方法。在不同海况下,随着波谱仪中心入射角的下降,反演性能会下降。基于这些仿真结果,本文推荐最小方差法作为充分成长海浪的海浪方向谱反演的调制谱估计方法,AR模型法作为涌浪海浪方向谱反演的调制谱估计方法。     

基于光流法的X波段雷达浪向反演研究

浪向代表着海浪传播方向,它是海上交通安全以及海岸资源管理的重要海洋环境参数之一。本文针对X波段测波雷达对海杂波的连续成像,提出了一种基于光流法的海浪传播方向反演新方法。该方法利用X波段测波雷达接收的海面回波图像序列直接进行光流运动估计,将得到的每个像素点的运动矢量进行加权平均,最后得到实际的海浪传播方向。与传统基于频域的X波段测波雷达浪向反演方法相比,本文提出的方法直接从时域来进行回波信号处理,无需提前得到调制传递函数以及精确的海流,减少了由于海流估算的不准确以及调制传递函数选取的误差而给雷达浪向反演带来的影响。同时,该方法简单高效,占用资源少,将其应用至仿真雷达回波以及现场实测数据来进行浪向反演,反演得到的浪向与仿真设定浪向值以及浮标实时观测浪向结果都有很好的吻合度,变化趋势也完全一致,进而验证了该方法的有效性以及准确性。     

Radar cross section analysis of marine targets using a combining method of physical optics/geometric optics and a Monte-Carlo simulation

In this paper, the radar cross section of flat plates on ocean surfaces is statistically investigated. A combining method of physical optics and geometric optics is applied to establish an effective backscattering analysis procedure. This method is a high-frequency analysis method originally derived from a simplified Stratton-Chu integral equation, assuming that the radar is far away from the target so that Kirchhoff approximation is valid. A Monte-Carlo simulation method is adopted to statistically analyze the effects of undulated ocean surfaces. The ocean surfaces are randomly generated by Pierson-Moskowitz ocean wave spectrum and a directional distribution function. Numerical investigations are carried out for flat plates, with the same height and width but with different inclined angles, on ocean surfaces of various significant wave heights.     

Real-time wave forecasting using genetic programming

The forecasting of ocean waves on real-time or online basis is necessary while carrying out any operational activity in the ocean. In order to obtain forecasts that are station-specific a time-series-based approach like stochastic modeling or artificial neural network was attempted by some investigators in the past. This paper presents an application of a relatively new soft computing tool called genetic programming for this purpose. Genetic programming is an extension of genetic algorithm and it is suited to explore dependency between input and output data sets. The wave rider buoy measurements available at two locations in the Gulf of Mexico are analyzed. The forecasts of significant wave heights are made over lead times of 3, 6, 12 and 24 h. The sample size belonged to a period of 15 years and it included an extensive testing period of 5 years. The forecasts made by the approach of genetic programming indicated that it can be regarded as a promising tool for future applications to ocean predictions.