深水破碎波判据的研究──Ⅰ．破碎波判据的研究概况及计算方法

本文总结了近百年来破碎波判据的研究状况,全面分析了深水波浪破碎的理论与实验研究结果,就深水破碎波判据的研究方法和适用性进行了广泛讨论。给出了各种波浪破碎判据的表达形式及其相互间的换算关系;总结了破碎波实测资料的处理方法。     

深水破碎波判据的研究：I.破碎波判据的研究概况及计算方法

本文总结了近百年来破碎波判据的研究状况，全面分析了深水波浪破碎的理论与实验研究结果，就深水破碎波判据的研究方法和适用性进行了广泛讨论。给出了各种波浪破碎判据的表达形式及其相互间的换算关系；总结了破碎波实例资料的处理方法。     

深水破碎波判据的研究──Ⅱ．一种风浪破碎判据的模式及实测结果分析

本文在讨论破碎波判据研究的基础上(文献[1]),根据前人的破碎波研究结果,以及海浪的随机性,建立了一个包含摩擦风速和波浪要素的破碎波判据计算模式,报告了在海上和实验室进行验证的实测结果.其特点是利用良好的现场观测条件和先进的实验设备,对破碎波进行了测量,首次通过划分破碎波的状态,合理地给出了破碎波判据的实测结果,并比较分析了其他几种波浪破碎判据的实测结果及使用范围.本文的计算风浪破碎判据的模式与外海实测结果比较接近,但与实验室测量结果相差较大.     

破碎波与非破碎波的特征差异

借助风浪实验现场的破碎事件记录,采用多种判据同时判别的方法划分破碎波与非破碎波,考查了各种破碎判据指标在破碎波与非破碎波上的分布差异.结果表明;依Hilbert变换计算的动力学判据指标和运动学判据指标在破碎波与非破碎波上的分布有明显分离,存在一个稳定的阈值区分破碎波与非破碎波;由小波方法计算的动力学判据指标在破碎波与非...     

风浪破碎判据的实验检验

利用已有风浪破碎实验观测数据检验了风浪破碎判据的可靠性。实验测量了风浪波面位移的时间序列,并人工同步标记出破碎发生的时刻。研究了4种常用判据,包括波陡、瞬时波面斜率、波峰水质点水平速度与相速度之比,以及波峰水质点向下加速度与重力加速度之比。采用破碎判据对所测风浪序列中的破碎波进行识别,根据人工标记数量计算破碎率以确定破碎阈值。计算结果表明,几何判断阈值接近Stokes波极限值,而运动学和动力学判断阈值则明显偏离。进而检验了判据识别出的破碎波与人工标记破碎波的一致性。在达到破碎阈值的波中,约35%~55%与人工标记相对应,约有45%~65%的波,虽然满足了阈值条件,却并未发生破碎,说明风浪的破碎可能并非完全取决于其中任一判据所关注的波浪特征量。     

海洋内波破碎问题的研究

从理论、观测、数值实验和实验室实验四个方面对国内外近20年来关于海洋内波破碎问题的研究成果进行了分析总结.数值实验和实验室实验表明:中高频内波破碎时,初始的不稳定是二维的,当最终有横向对流卷团形成时,能量开始大量耗散,这时不稳定发展成为三维的;从初始的二维不稳定到对流卷团的产生这一过程,到底是一个剪切不稳定过程,还是一个对流不稳定过程,或者是对流不稳定和剪切不稳定共同存在的一个过程,取决于海水的层化、地形、背景剪切流和内波的自身性质.现场曾观测到内孤立波破碎时存在的剪切不稳定过程,数值研究模拟出了内孤立波破碎时存在的对流不稳定过程.现有的海洋内波破碎判据主要是关于中高频海洋内波的.理论分析侧重于确定线性或弱非线性内波的破碎机制和破碎条件.     

波群结构和波群中的波破碎

本文将小波分析用于波群结构和波群中波破碎的研究。实验结果表明,波群中波动的振幅不是关于波群中央对称的,而是波群前部波动的振幅较大。这种不对称性导致波群前部单个波的波陡较大,后部单个波的波陡较小,当谱宽度增大时波群前部与后部单个波的平均波陡之差增大。波群前部波陡较大导致波群前部的波动最容易发生破碎,而不是波群中央的波动最容易发生破碎,波群中波动最可能发生破碎的位置距波群中央的长度为波群长度的1/6。     

波群内单个波的波陡分布与波破碎

对波群内单个波的波陡分布和波破碎进行了实验研究。研究结果是,波群中波动的最大振幅出现在波群前部而不是出现在波群中央,这种不对称性导致波群前部单个波出现大波陡的概率大于后部单个波出现大波陡的概率;进一步的波破碎统计发现波群前部单个波破碎的频率是后部单个波破碎频率的4倍。因此认为,波群结构的不对称性能够导致单个波发生破碎的位置出现在波群前部,这对风浪研究具有重要意义。     

破碎波的卷气机制与海洋中气泡运输的数值模拟

一、引言出现在海洋表面的一个重要现象是波浪的破碎。在波浪破碎过程中,大量的尺度不同的气泡被卷入海洋。已经知道有许多重要的海洋与大气过程都跟海洋表面附近大量微气泡的出现有关。此外,它还与水——气之间的气体交换,声波在海面附近的传播与散射等化学、物理过程有关。这就是,为什么人们会对海洋表面附近气泡的分析与测量,进行大量研究工作的所在。     

破碎波群间隔统计分布

基于一系列实验室风浪破碎实验,讨论破碎波群间隔的统计分布。实验时风速分别设定在6~9 m/s间几个不同的风速水平,破碎波群间隔定义为两个相继发生破碎的波群中破碎首发时刻之间的时间间隔,破碎依据波面信号和实验者同步记录的破碎标记信号判别,分布拟合检验采用Kolmogorov Smirnov检验。数据分析结果表明：1）所有实验信号的破碎波群间隔都服从Gamma分布;2）低风速情形的破碎波群间隔大多服从指数分布——Gamma分布的一种特殊情形;3）相同实验条件下的破碎波群间隔具有相同的分布。这意味着破碎波群的发     

破碎波概率分析及实测结果

总结破碎波近年来的研究状况,从理论上对计算破碎波发生率进行分析。并利用先进的实验设备和良好的现场条件,从实验研究出发,在研究波浪破碎过程及其与环境参量的关系中,对破碎波发生率进行实际测量。利用不同的破碎波判据对破碎波发生率进行了计算、比较和分析,结果指出;利用不同的破碎波判据计算的破碎波发生率相差很大,甚至相差３～４倍。     

近岸浅水破碎波能谱近似计算

近岸波因受地形的影响,出现波折射,致使波向及波要素变化.本文就波折射引起的深水波和浅水波转换,提出了近似计算,确定了T换算因子关系,同时提出波能消减因子求解的近似方法     

一个新的破碎波统计模式

由运动方程和涡度方程所导得的两个首次积分估计给出了海波破碎的发生条件和破碎波的波面限制。由这两个条件所构造的新的破碎波统计模式,可导出海波的破碎面积率、破碎体积率和破碎能量损耗率的解析表达式,加之一个简单的白冠物理模型又导出了一个新的白冠覆盖率的解析表达式。     

不规则波在逆流中的破碎

作者（１９９１）的理论分析和实验研究表明：对于崩波型破碎,合田的临界相对波高值（Ｈ／ｄ）ｂ及Ｍｉｃｈｅｌｌ和Ｍｉｃｈｅ的临界波陡值（Ｈ／Ｌ）ｂ可作为规则波的破碎指标。基于相同的原则,通过系统的分析和实验,规则波的破碎指标可以推广应用于不规则波。     

海底山脊作用下内孤立波破碎研究

基于实验室水槽实验,研究了内孤立波在海底山脊地形存在下的破碎过程。实验设置了两层流体的分层环境,定量地控制了上下层水体厚度及密度,使用不同高度的高斯地形模拟实际的海山作用,讨论了不同高度地形作用下内孤立波破碎过程的异同。实验结果表明,内孤立波的破碎过程中由于逆压梯度的存在,在地形处发生边界层分离,产生了底边界层反向射流和涡脱落现象,计算了内孤立波破碎过程中产生的底部切应力的分布。本文通过实验模拟了内孤立波再海山作用下的破碎过程,进一步探究了海山对内孤立波破碎的影响和底部切应力的作用,对于研究自然界中海洋内孤立波在海山区域的破碎现象有参考价值。     

可控深水破碎波的实验室生成方法研究

实验室一般采用波浪聚焦方法生成深水破碎波,通过各组分波浪的波幅叠加生成一个波高显著增大的大波,使其波陡超过极限波陡发生破碎。利用该方法生成深水破碎波浪的破碎次数通常并不唯一,导致波浪破碎后的流场特征不明显;造波参数不易于选取导致研究工况的设置难度大,直接影响深水破碎精细化实验的效果和效率。本文采用聚焦波理论计算波面,并利用上跨零点法定义的波高和波长计算理论波陡,结合物理模型实验统计波浪沿程破碎次数与剧烈程度,研究以JONSWAP谱为造波输入谱型时,聚焦波幅、谱峰频率、频宽等造波输入参数对于波浪破碎情况的影响,从而建立深水波浪破碎次数与造波输入参数之间的近似定量关系,为实验造波参数的选取提供参考,提高实验效率。     

内孤立波破碎所致混合的实验研究

为定量分析内孤立波破碎的混合过程,本文在二维内波水槽中进行了两层流体第一模态内孤立波在斜坡上破碎的实验,运用粒子图像测速技术(PIV)测量内孤立波传播、破碎、反射过程的流场,计算涡度、湍动能和湍耗散率。结果表明不同振幅内波在不同角度斜坡上破碎时各个量的分布特征十分相似,各组实验各要素时间序列中均有两个峰值,分别发生于非线性增强和破碎时刻。得到破碎时湍耗散率与内孤立波振幅的关系为:较小振幅内波的湍耗散率与振幅呈2次关系,无因次振幅增大到0.9湍耗散率趋于不变;与斜坡角度的关系为:对于小振幅内波斜坡角度增大,破碎程度降低,耗散率减小;振幅较大时,存在一个角度使破碎程度最大。破碎引起的湍耗散率的量级在10–7到10–4m2/s3之间,比实测海洋中内孤立波传播界面和内潮遇地形破碎的湍耗散大1个量级。     

破碎波群的显著特征指标

群发性是风浪破碎的显著特征,最近的研究表明风浪破碎研究应该基于波群而不是单个波。本文探讨破碎波群区别于非破碎波群的显著特征指标。依据一系列风浪破碎实验数据,采用多种判据与实验现场目测的破碎标记信号相结合的原则划分破碎波群与非破碎波群,考查波群特征量、单个波几何特征量、局地破碎判据指标、波包络几何特征量以及波群能量结构特征量等5大类28个指标在破碎波群与非破碎波群上的分布差异。结果表明:波陡、峰前波陡、瞬时波面斜率、运动学判据指标和动力学判据指标等在破碎非破碎波群上的分布几乎没有交叠;后两者尤为理想,分布明显分离,是破碎波群区别于非破碎波群的显著指标;而其它各指标在破碎波群非破碎波群上的分布都有不同程度的交叠,不能单独依据它们区分破碎波群与非破碎波群。     

不同破碎波对沙质海床作用的实验研究

破碎波对近海海岸地形以及海岸建筑物影响强烈,通过物理模型实验对孤立波、规则波作用下破碎带的床面形态以及孔隙水压力进行分析。破碎波冲击海床,破碎处床面上形成沙坝和沙坑,与规则波相比,孤立波破碎时对床面的冲刷更加剧烈,床面形成的沙坝和沙坑尺度更大,且土体内孔隙水压力幅值也较大。同时研究了波面变化对孔隙水压力的影响,发现波面变化历时曲线与孔隙水压力历时曲线相似,与孔隙水压力梯度历时曲线更为相似,说明波面变化更能反映海床内部孔隙水压力梯度的变化。通过探讨波浪与海床之间相互耦合作用,发现破碎带地形变化使得波浪出现不同破碎类型,分析得出卷破波比崩破波作用下孔隙水压力幅值大。