联合海浪过程的随机数值模拟

文中提出了海浪过程随机模拟技术的几种可能应用。对联合海浪过程,提出了三种不同的模拟途径:利用回归模式进行模拟,利用向量值白噪声过程直接输入复线性系统进行模拟,以及用于波叠加模式进行模拟。同时,给出了数字滤波器系数的计算公式。 这三种模拟方式在电子计算机上实现的有关问题以及摸拟实例将在另一文中给出。     

海浪单过程的数值模拟

本文以离散付里叶变换手段数值模拟海浪过程,对海浪单过程的模拟提出三种具体模式,并介绍了模拟的实现方法。以我国1966年提出的海浪谱为靶谱,在DJS—6电子计算机上实现,给出了模拟波面及谱曲线,比较靶谱及模拟谱表明,以m=400个子波叠加进行模拟时,模式及实现方法是满意的。     

海浪单过程的数值模拟

本文以离散付里叶变换手段数值模拟海浪过程。对海浪单过程的模拟提出三种具体模式，并介绍了模拟的实现方法。以我国1966年提出的海浪谱为靶谱，在DTS-6电子计算机上实现，给出了模拟波面及谱曲线。比较靶谱及模拟谱表明，以m=400个子波叠加进行模拟时，模式及实现方法是满意的。     

偏态海浪过程的数值模拟

本文对Polge等人提出的“相关传递法”作了进一步数学分析,论证了其成立条件和适用范围.考虑波面偏度对谱形的影响,将模拟的靶谱加以改造,建立了“准相关传递法”.在同时考虑波剖面高度分布和谱两个条件下,对偏态海浪过程进行数值模拟.就模拟结果,分析了以Weibull分布拟合波高分布时,其波面偏度对波高分布中两参数的影响. 文中选用1980-1981年在胶州湾观测的波浪资料对“准相关传递法”加以检验和比较.结果表明:就波高分布、波面极大(小)值分布而言,准相关传递法明显优于传统的线性叠加法,比线性叠加法模拟的结果更接近于实测资料.     

关于海浪单过程的数值模拟

本文以线性过滤及等能量子波迭加的手段数值模拟海浪单过程,并指出已知谱频率最小值的选择对模拟结果有影响.实现结果表明,采用等能量子波迭加的手段是令人满意的,被迭加的子波个数对模拟效果的影响大于频率最小值选择对模拟效果的影响.     

浅水海浪的数值模拟

一、前言在海浪的研究中,用精度较高的测波仪器,从自然界获取各种天气情况下的海浪实测资料,用于揭示海浪本身的变化规律是一种非常重要的研究手段.然而,由于海上条件的复杂和严峻,且费用昂贵,常使系统的观测资料很难得到.近几年来,随着电子计算机应用的推广,一些研究者利用计算取得大量人为资料作为研究海浪本身变化规律的依据,已在海浪谱和海浪外观统计特征的研究方面取得了可喜的成果.本文根据波的叠加原理,利用已知谱,对浅水海浪数值模拟进行了初步尝试,模拟了波剖面、谱曲线及海浪要素.     

三维随机海浪的数值模拟

本文首先分析了三维随机海浪的方向谱函数和三维随机海浪的数学模型,然后在ＭＡＴＬＡＢ环境下设计了数值模拟程序,并模拟出三维随机海浪的方向谱和三维随机海浪的三维空间模型。     

运动坐标系下海浪数值模拟

以运动坐标系中的海浪谱为靶谱应用静止坐标系中随机波面的模拟方法－－线性叠架法和线性过滤法模拟均速运动坐标系听随机波面,给出了两种方法的原理及模拟手续。通过模拟实验发现,在高速运动的坐标系中线性叠架法优于线生过滤法,在低速情形,线性过滤法好于线性叠加法,并在模拟技术上给出了各参数的选取方法。     

运动坐标系下的海浪数值模拟

以运动坐标系中的海浪谱为靶谱应用静止坐标系中随机波面的模拟方法─—线性叠加法和线性过滤法模拟匀速运动坐标系中的随机波面,给出了两种方法的原理及模拟手续。通过模拟实验发现,在高速运动的坐标系中线性叠加法优于线性过滤法,在低速情形,线性过滤法好于线性叠加法,并在模拟技术上给出了各参数的选取方法。     

数值模拟波浪的外观海浪谱

近十几年来,波浪的数值模拟已在国内外进行了深入研究,并得到了广泛的应用。本文拟由电子计算机产生的人为数字——模拟波面,估计出模拟波浪的外观海浪谱。计算表明,数值模拟波浪的外观海浪谱也具有与实测海浪的外观海浪谱类同的一个特征,即,它们各自的外观海浪谱与靶谱在谱形上颇为相近。因此,又从另一个侧面证实,     

北印度洋半日潮波的数值模拟研究

基于FVCOM(Finite Volume Coast and Ocean Model)模型,建立北印度洋海域(31^°~102^°E,16^°S~31^°N)的M₂和S₂分潮潮波数值模式,研究北印度洋半日潮潮汐、潮流分布特征。对底摩擦系数进行数值试验,利用代价函数梯度下降法,得到分潮调和常数向量均方根偏差(RMSE)的变化曲线,逼近并确定最优的底摩擦系数。将采用该系数的模拟结果与TOPEX/Poseidon卫星高度计交叉点的调和常数数据、国际海道测量组织(IHO)及部分文献中的验潮站数据进行比较与验证,一致性较好。其中对比卫星数据的振幅偏差为2~4 cm、迟角偏差为7^°~8^°,与验潮站数据的振幅偏差为3~6 cm、迟角偏差为8^°~9^°。根据模拟结果,分析了北印度洋海域M₂和S₂分潮潮波传播特征和潮流椭圆的空间分布特征等。M₂分潮潮波在阿拉伯海南部有1个无潮点,在波斯湾内有2个无潮点,最大振幅超过80 cm;潮流在西北印度洋和孟加拉湾中部大多为顺时针旋转,其余海域大多为逆时针旋转;流速在阿拉伯海东北部、安达曼海、波斯湾和孟加拉湾北部较大,最大流速为160 cm/s,其他海域较小。S₂分潮的潮波传播特征、无潮点的位置和潮流椭圆的空间分布特征等都与M₂分潮类似,但潮波振幅和潮流流速等都相对M₂分潮较小。研究完善了北印度洋海域2个主要半日分潮M₂和S₂的整体特征。     

浅海内波及声场起伏数值研究

为探讨声学方法监测(反演)海洋内波的可行性,分析ASIAEX2001亚洲海海洋声学实验定点温度链实验数据,结果表明：实验期间存在M2内潮波、周期10～30min非线性内波现象,并观测到双温跃层同相传播“双非线性内波”。分别对垂直和平行于内波传播方向传播声场进行了数值计算分析。垂直于内波传播方向的声传播计算结果表明：简正波波数时间演化函数的频谱与内波引起的声速剖面变化频谱基本一致;简正波系数(模值)时间演化函数的频谱与内波引起的声源位置处的声速演化函数的频谱基本一致;高阶简正波波数差随时间的变化要比低阶简正波波数差小约1个量级。平行于内波传播方向的声传播计算结果表明：内潮波主要导致相邻简正波间耦合;非线性内波包能够导致跨号甚至垮多号简正波间耦合。讨论了2种海洋内波声学监测方法。     

分层热带海洋模式中的Rossby波和Kelvin波——初始混合层深度异常与大气热力强迫激发波动

利用一个两层半的热带海洋模式,采用数值实验的方法研究了热带海洋对于初始海洋混合层深度异常和大气季节内时间尺度热力强迫激发产生的Ｒｏｓｓｂｙ波和Ｋｅｌｖｉｎ波。研究表明,初始海洋混合层深度异常和大气热力强迫,可以在两层半热带海洋模式中激发产生东向传播具有Ｋｅｌｖｉｎ波性质的波动和具有Ｒｏｓｓｂｙ波性质的波动。热力强迫激发产生海洋Ｒｏｓｓｂｙ波和Ｋｅｌｖｉｎ波所需时间长于初始海洋混合层深度异常和大气季节内动力强迫激发产生两波所需时间,与大气季节内动力强迫激发的Ｒｏｓｓｂｙ波相比,初始深度异常与大气热力强迫激发产生Ｒｏｓｓｂｙ波具有不同的热力性质。     

行星尺度阻塞波和天气尺度波相互作用的数值模拟

用数值方法研究了行星尺度阻塞波和天气尺度波之间的相互作用,得到在涡源强迫下,当不存在地形时,大尺度流场可发展成偶极型阻塞,瞬时流场分裂成南北对称的2支,总流场可以看到明显的多涡结构;加上双波地形后,大尺度流场发展成Ω型阻塞,瞬时流场同样分裂成2支,但北支要明显强于南支.而且通过一系列对比试验发现,适当的弱的基本西风气流是阻塞发生的有利条件.此外,讨论了初始阻塞和造波器（扰动源）位置的配置,以及造波器关闭时间的不同对阻塞强度和生命周期的可能影响.     

厦门湾台风浪场数值模拟

利用国际上先进的第3代海浪模式SWAN,充分考虑风能量输入、白浪效应、水深诱导的波浪破碎、底摩擦、波一波间的非线性相互作用等物理过程,以0604号“碧利斯”台风为例,模拟了厦门湾台风浪场的分布特征。将数值模拟结果与浮标测站实测资料对比分析,结果表明台风浪高模拟值与实际台风资料相符较好,可以为该海域台风浪的模拟提供较好的参考。     

Numerical Simulation of Waves Generated by Seafloor Movements

Waves generated by vertical seafloor movements are simulated by use of a fully nonlinear two-dimensional numerical wave tank. In the souree region, the seafloor lifts to a designated height by a generation function. The numerical tests show that the linear theory is only valid for estimating the wave behaviors induced by the seafloor movements with a small amplitude, and the fully nonlinear numerical model should be adopted in the simulation of the wave generation by the large amplitude seafloor movements. Without the background surface waves, many numerical tests on the stable maximum elevations η0^max are carried out by beth the linear theory and the fully nonlinear model. The results of two models are compared and analyzed. For the fully nonlinear model, the influences of the amplitudes and the horizontal lengths on η^max are stronger than that of the characteristic duration times. Furthermore, results reveal that there are significant differences be- tween the linear theory and the fully nonlinear model. When the influences of the background surface waves are considered, the corresponding numerical analyses reveal that with the fully nonlinear model the η0^max near-linearly varies with the wave amplitudes of the surface waves, and the η0^max has significant dependences on the wave lengths and the wave phases of the surface waves. In addition, the differences between the linear theory and the fully nonlinear model are still obvious, and these differences are significantly affected by the wave parameters of the background surface waves, such as the wave amplitude, the wave length and the wave phase.     

Numerical Simulation of Hydrodynamic Behaviors of Gravity Cage in Waves

This paper aims at investigation of the dynamic properties of gravity cage exposed to waves by use of a numerical model. The numerical model is developed, based on lumped mass method to set up the equations of motion of the whole cage; meanwhile the solutions of equations are solved by the Runge-Kutta-Verner fifth-order and sixth-order method. Physical model tests have been carried out to examine the validity of the numerical model. The results by the numerical simulation agree well with the experimental data.     

台风浪模拟预报中的风场比较研究

在对模拟台风浪时海浪模式常用的经验模型风场和多重嵌套中尺度气象数值模式风场的结构和时间演变特征进行对比分析的基础上,分别采用这两种风场资料,应用最新版本的第三代海浪模式SWAN对Winnie(1997)引起的台风浪进行了模拟,将模拟的有效波高与TOPEX/POSEIDON和ERS-2卫星高度计资料作了详细的对比分析。结果表明,经验模型风场对实际台风风场的刻画存在诸多缺陷,这些缺陷对于台风浪的准确模拟产生了不可忽视的影响,采用模式风场试验的模拟效果优于采用模型风场的试验。论文提出了在运用海浪模式模拟台风浪时用数值模式模拟风场替代经验模型风场的必要性。     

Numerical Simulation of Sand Shoreline Evolution Under Action of Regular Waves and Irregular Waves

Based on the singleline theory, a numerical simulation is presented to predict the shoreline evolution on sand beach. A parabolic equation of longshore sediment transport and boundary conditions are proposed. The combined effect of wave diffraction and refraction on the shoreline evolution on the downdrift side of the breakwater is taken into account and is calculated using the theory of regular waves and irregular waves. The present model is verified by the field observation data of erosion for half a year on the downdrift side of a harbor, and compared with some experimental results. The numerical results are in good agreement with the field measured and experimental data.     

Numerical Simulation of Ocean Circulation with Ultrahigh Spatial Resolution

Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics - This paper provides an overview of publications related to the study of submesoscale ocean variability. The significant progress achieved recently in...