随机波群的模拟

本文首先对平稳随机过程包络的特性进行理论分析,在此基础上提出一种以给定波面位移谱和波面包络谱两者为靶谱的波群模拟方法。与Funke和Mansard(1980)提出的以波群群因子为靶的波群模拟方法(可能是迄今唯一的方法)相比,本法不仅在概念上比较合理,而且在手续上要简便得多,并能兼顾波群高度和长度两方面特征的模拟。大量模拟实例表明,在一定条件限制下,本方法模拟的结果比较令人满意。     

数值模拟波面外观海浪谱在计算浅水波要素中的应用

文中假定海面实际的海浪是由大小、周期、形状各异的一群外观海浪所组成,或者说是以外观海浪谱的外观表现来反映海面实际海浪的。还假定,每个外观海浪独立传播,独自受浅水作用,并不相互作用。据上述两点假定,作者提出了一种计算浅水波要素的方法。通过计算实例指出,在狂涛中,依本方法计算的平均波高比按我国“规范”方法计算的平均波高要偏低,而在狂浪以下海况中,则可能相反。应用本方法还可以得到一些“规范”方法无法得到的结果——浅水处的外观海浪谱与破碎带。     

波、流联合作用下海洋平台张力腿的涡激非线性振动

本文研究深水张力腿平台(以下简称TLP)的张力腿在波、流联合作用下涡街激起的振动.在所建立的数学模型中既考虑平方流体阻尼项,同时又计及中心激振影响,文中假定微幅波和线性分布的不均匀流是沿同一方向的.事实上,此方法可扩展到波、流呈任意角度的情况下,沿流向或垂直流向动力响应的研究.采用了多项伽僚金法和综合数值解法,以Conoco's Hutton张力腿平台为例,计算了当涡激频率与张力某固有频率相近发生谐振时,张力腿涡激非线性动力响应,给出一些重要结果.     

1156测波仪资料的外方向谱计算方法研究

基于海浪的外观特征提出了一个用1156测波仪资料计算海浪外方向谱的方法，并与S4测波仪同步资料的海浪外方向谱进行了比较，得出1156外方向谱、S4外方向谱和1156方向谱三者主波向的一致性在80％以上。两种外方向谱的谱图也极为相似。1156海浪外方向谱80％能量展角大于S4海浪外方向谱80％能量展角，这可能与1156测波仪受海面风和表层流影响较大有关。分析说明1156与S4的海浪外方向谱其代表性都是可以肯定的，且方法简单、实用，很有必要与直接观测的外方向谱进行比较，以确定这种计算方法的实用价值。     

星载高级合成孔径雷达波模式算法及其反演数据精度验证

搭载在欧洲环境卫星(ENVISAT)上的高级合成孔径雷达(Advanced Synthetic Aperture Radar,ASAR)二级波模式数据提供了诸多海浪信息包括有效波高、波向、波长和二维海浪谱等,在海浪预报模式中具有重要作用。本文拟利用浮标观测数据对ASAR波模式算法及其反演数据精度进行对比验证。由于SAR卫星在海面的特殊成像机制,不同海况下会有不同的测量结果,通过与美国国家浮标中心(NDBC)的浮标数据对比,显示ASAR有效波高在高海况下低估和在低海况下高估的现象,在中等海况下的测量结果较优。通过研究ASAR数据集中对应的海浪谱,按照能量与方向分布可分为四种类型:单一方向海浪谱(Ⅰ类谱),180°方向模糊海浪谱(Ⅱ类谱),海浪两个方向且能量分布杂乱(Ⅲ类谱),多个传播方向且谱型杂乱海浪谱(Ⅳ类谱)。探究在不同类型下的海浪参数的精度,结果表明在单一波向正常海浪谱情况下,有效波高、波向与浮标数据一致性较好,存在180°方向模糊的对称海浪谱仅有效波高精度较高,谱型杂乱的海浪谱海浪有效波高和波向反演结果均较差。     

由波浪压力记录计算表面波谱

对目前仍广为使用的压力测波仪来说,如何通过波浪在某深度处的压力信息来推算海面的波浪状况呢?根据深水小振幅简单波动的经典理论,关系式H_o=H_z exp[kz]成立,式中H_o、H_z分别表示海面和水深z处的波高。将这一关系式应用于实际资料,则由波浪压力记录可以求出H_z、T_z(或λ_z),再由记录的深度z就可以求出H_o。     

挪威北海最大波高的影响分析

最大波高作为表征海浪强度和危险程度的重要指标,既是设计波浪推算的依据,同时又对海洋预报有重要的作用。基于瑞利分布得到的最大波高公式,不能体现波陡和谱宽度等非线性因素的影响,由该公式得出的理论最大波高与实际观测值有偏差。采用相位平均方法的海浪数值模型分析,可以根据海浪谱计算得到有效波高,却无法给出最大波高。本文通过分析挪威北海定点十年的船测波面资料,得出波浪谱,进一步推算出波陡和谱宽度对最大波高的影响。首先提出一种实测波数的替代方式,然后分别研究波陡和谱宽度对最大波高的影响。研究发现随着波陡和谱宽度的增加,Hmax/Hs逐渐减小,并拟合出最大波高与Cartwright谱宽度参数的公式,得到较好的拟合效果。     

分段式造波机生成波浪的方向谱分析

采用声学多普勒流速仪(ADV)和多点测波仪的实验资料,对分段式造波机生成的多向随机波浪进行方向谱分析.结果表明,分段式造波机生成的多向随机波浪的时间平稳性优于空间均匀性;贝叶斯方法(BDM)适合于流速实验资料和阵列波浪资料的方向谱分析,给出的方向谱满足随机波浪的内禀性质(如光滑性、连续性等);流速资料和阵列波浪资料给出的方向谱具有相当的精度,但与测速的深度有关;三参量(如三点波浪、两个方向的速度分量和一点波浪等)可给出具有相当精度的方向谱;给出了衡量方向谱精度的初步标准.     

石岛地震台远震记录反演研究

利用石岛地震台的远震体波记录,采用旋转相关函数法和接收函数法分别反演了台站下方介质的各向异性特征和速度结构.(1)对震中距25°~35°且记录良好的5次地震的ScS震相,采用旋转相关函数法反演了岩石圈的剪切波分裂参数.对深源地震的反演结果表明,石岛地震台快波偏振方向为N94°E,这意味着西沙附近处于近东西向微偏南的拉张或地壳下方的地幔流方向为近东西微偏南,西沙地区地壳是过渡性的,其底部的驱动力主要来自与欧亚板块运动一致的物质流.快慢波时间延迟为1.3 s,估算各向异性层厚度为100 km左右.(2)对震中距20°~60°的9次远震P波波形三分向记录,采用接收函数法反演了地壳和上地幔的S波速度结构.反演结果表明,石岛地震台下方地壳分为3层:约5 km以上有一速度梯度带,S波速度从1.5 km/s逐渐增加到3.5 km/s,其间有若干小的分层;在5~16 km的平均速度为3.8 km/s左右,其间有若干小的分层;在16.0~26.5 km的速度为3.6 km/s左右,这是一个明显的低速层;莫霍面埋深为26.5 km,莫霍面以下平均速度为4.7 km/s,也有若干小的分层,尤其是在莫霍面之下有一个明显的低速层.根据转换波到时分析和速度剖面左右摆动现象,认为反演结果中的小分层可能是不真实的,但在16.0~26.5 km的低速层的真实程度还是较高的,表明下地壳具有一定的塑性.     

高阶谱方法建立三维畸形波聚焦模拟模型

三维波浪方向聚焦是畸形波形成机理之一.为了模拟和分析这一现象,在势流理论内基于改进的高阶谱(HOS)方法,给出了时空聚焦方式生成畸形波的三维波浪模型.利用满足周期性边界条件的具有不同频率、不同传播方向的各独立组成波,分隔了计算域内的能量;使各组成波采用等振幅能量分布的形式,聚焦模拟了实验尺度畸形波;把高阶谱方法拓展到大尺度的开敞海域,考虑波浪方向分布的影响,聚焦模拟了大尺度畸形波的发展和形成过程.     

基于SAR海浪方向谱的中国海海浪特性研究

基于Hasselmanns提出的SAR反演海浪方向谱的MPI算法,对2003-2012年间的中国海Envisat ASAR波模式数据进行了海浪方向谱反演。统计由反演的海浪方向谱得到的海浪有效波高数据,依据海浪浪级的划分,分析了中国海海浪浪级的分布特点,获得一些有参考价值的结果:(1)中国海3-4级海况的年出现概率最高,达85%;(2)中国海累月不同浪级的海浪出现概率分布符合高斯分布函数:f(x)=a*exp(-((x-1-b)/c)^2);(3)分析上述高斯分布函数的拟合系数a、b、c,发现其分布也有一定规律性。同时应用反演得到的海浪有效波高、平均波周期、平均波向等数据,分析了中国海的海浪时空分布特性,得到一些可供参考的结果。     

海浪分析的TUCKER方法的应用

1961年英国学者Tucker曾提出一种比较简单的波浪自记资料的分析方法,只要自记录读取少数特征值便可推算海浪要素,国际上至今仍广泛采用。本文对此法作了介绍,并根据连云港的波浪观测资料作了验证,给出了Tucker-Draper方法的估算值相对于逐个波分析法的误差范围。     

不规则波折射的数学模型

本文对光易型方向函数中的集中度参数Ｓｍａｘ进行了推算，得到了在不同底坡和入射角情况下，Ｓｍａｘ～ｄ／（Ｌｓ）。的关系曲线，从而较合理地给出了浅水区域的方向谱Ｓ（ｆ，θ）。本文用谱分量的线性迭加法建立了不规则波折射的数值模式，计算了具有各种理论方向谱的不规则波在平行直线状等深线海滩上的折射。其结果得到了不规则波折射系数ｋｓｒ的计算图。将所得的结果与用正弦波求得的值作了比较。另外，本文还探讨了方向谱的分割数与不规则波折射计算精度的关系，并对如何节省计算机时作了研究，从而确定了频率和方向的最佳分割数。     

锋面通过台湾海峡时引起的快速成长波高推算

每年冬季因中国北方冷空气前缘东移出海南下而形成的锋面是造成台湾海峡内恶劣海况的原因之一，锋面的到临常引发快速增高的波浪，这种海况是目前作业化数值预报模式在操作上不易反映的。经验证明根据元素波模式推衍所得的面积风域法推算波浪，适合于推导季风期间海况的一种方法。本文将锋面期间风域是移动的特性结合面积风域理论，作为推算锋面抵达时推算波高的方法。本文提出加权风场内插法计算各时刻各网格点的风速，使得面积风域理论简化为在网格点上的离散计算。文中根据锋面期间实际观测数据计算波能传播速率与风能传播系数等参数，经由案例分析的结果显示这个离散化面积风域法可以合理地推算锋面期间快速成长的波高。     

斜向入射波与反射波的分离

提出了一种分离斜向入射波和反射波的方法,波浪可以是规则波、不规则波,波向可以任意.在一定的限制条件下,采用两点浪高仪的波浪信号就可将斜向入射波和反射波分离.     

基于广义极值分布的设计波高推算

简介了广义极值分布函数及其3种参数估计方法,包括极大似然(ML)、线性矩(LM)和间隔最大积(MPS)估计的计算方法。使用广义极值分布函数推算了北部湾涠洲岛海域3个波向的年波高极值序列设计波高,并与Weibull分布、Gumbel分布和皮尔逊Ⅲ型分布的推算结果加以对比。分析表明,涠洲岛海域极值波高服从于广义极值Ⅲ型分布,拟合优度检验结果表明广义极值分布能更好地拟合极值波高;MPS方法是一种优良的参数估计法,推算的设计波高可作为海岸环境工程设计的首要参考值。     

多年一遇模拟台风的推算

本文提出了一种依据历史上出现的各次台风记录,选其主要气候特征(即台风强度、尺度、登陆位置、移行方向及速度等)进行概率分析,从而得出包括未来可能出现的各种不同特征的台风模型,即模拟台风的方法。 模拟台风不仅具有其特定的强度、尺度、移行路径和速度的组合,而且具有一定的出现频率或重现期,因此可以直接用于台风带来的暴雨、狂风、巨浪和风暴潮位的推算。选取不同重现期的模拟台风后,可以得到不同重现期的设计风速、设计波高和风暴增水值。     

基于SAR海浪方向谱的西北太平洋海浪特性研究

应用中国海洋大学海洋遥感研究所基于Hasselmanns提出的MPI方法用C语言开发的SAR反演海浪方向谱的软件,对2003年1月—2012年1月间西北太平洋海域Envisat波模式数据进行海浪方向谱反演,共得到西北太平洋海域观测的海浪方向谱146 796个。统计由反演的海浪方向谱得到的海浪有效波高、平均波向、平均波周期等数据,分析了西北太平洋海浪场分布的特点,得到了一些有参考意义的结果。     

畸形波形成的海浪要素特征数值分析

从典型的畸形波事件"新年波"出发,以ECMWF中期再分析风场作为驱动风场,采用WAVEWATCHⅢ海浪数值预报模式模拟畸形波发生海域的海浪场。通过对模拟的海浪要素分析表明,畸形波发生点在发生时刻的风速、波高、波陡处于极大值,波浪周期较长,谱峰频率、方向展角处于极小值;畸形波发生点在发生时刻的海浪谱是单峰谱,谱型尖窄,大部分波浪能量都集中在很小的频率范围内,分布在一个小的范围内,传播方向比较集中。     

现有波群因子的统计研究

自Goda于1970年提出谱峰度参量Qp以来,迄今表征波群强度的因子己有十多种.对文中提及的较常用的11种因子即以后被称为现有波群因子,各作者都强调自己的优点,但何者为较好,直至目前尚无客观的评价.依据从三个测点获得的111组数据对现有波群因子予以检验,若某一因子在较短的记录长度内有连续三个值且其中最大值和最小值满足:(最大值减最小值)不大干0.005,则被称为稳定的波群因子;若这种因子又满足三个条件,即它在任一序数中出现的次数最多、在整条记录中出现的总次数最多和在整条记录的最初1280s内出现率最大,则被称为较佳波群因子.就检验的个例而言,(波高的)平均连长(L₁)和波高与周期的相关系数［R_HT(0)]就是这种因子.将这两个因子连结起来,今后称之为联合波群因子.因此,建议以此联合波群因子表征波群强度将会较前人采用的单因子的为好.