海浪预报知识讲座 第五讲 海浪的地理分布与季节变化(Ⅰ) 近海海浪的地理分布和季节变化

1 渤海和黄海海浪的地理分布和季节变化1．1 风浪向和涌浪向为了说明本海域风浪向和涌浪向的季节变化，根据文献[1]提供的统计资料，绘制了渤海和黄海盛行风浪向和盛行涌浪向频率分布表（表略）。冬季，渤海以北向浪为主，北向浪的频率为25％，渤海北部海域东北向浪为次，渤海南部海域西北向浪为次，频率均为16％。渤海偏北向浪（东北至西北，下同）的总频率为45％。黄海以北向浪为主，频率为30％，黄海北部海域以西北浪为次，黄海中、南部海域以北北东向浪为次，频率均为 20％～25％。黄海偏北向浪的总频率为 55％。     

南太平洋海浪特点的统计分析

根据1950-1995年的南太平洋气象船舶报资料,对5°×5°网格统计的风浪和涌浪的要素进行分析,得出了南太平洋风浪和涌浪的变化规律和分布特点.南太平洋海浪场与北半球各大洋相比,季节变化不显著,但仍有明显的季节变化,低纬常年盛行东南向浪,高纬则盛行偏西向浪,本文通过分析每月风浪、涌浪的盛行方向、波高及周期等值线图,研究阐明了南太平洋各要素的分布规律,为船舶远洋交通运输、远洋出访和科学实验提供了较翔实的海浪资料及变化规律.     

西沙、南沙海域波浪及波浪能季节变化特征

采用来自ECMWF将风浪、涌浪分离的近45 a ERA-40海浪再分析资料,对西沙和南沙海域的海面风速、风浪有效波高、涌浪有效波高、浪级频率、波向频率的多年变化特征进行统计研究,重点讨论了西沙和南沙海域风浪能和涌浪能季节变化和稳定性特点.结果表明:南海海域涌浪能明显比风浪能稳定,西沙海域年均能流密度约8.0kW/m,风...     

黄海海浪季节变化的数值模拟研究

利用第三代海浪数值模式SWAN,研究了黄海海浪有效波高的季节变化特征及相关的物理过程。结果表明,在黄海的大部分区域,混合浪有效波高的最大值出现在冬季,而最小值则基本出现在夏季。北黄海北部和山东半岛南岸的近海海域呈现稍微不同的季节变化,有效波高的最大值出现在春季。全年4个季节中混合浪有效波高的空间分布基本一致:均在济州岛西南最大,沿黄海中部区域向北和由中部区域向近岸区域逐渐减小。黄海海浪为风浪占主,涌浪有效波高远小于风浪有效波高。在黄海的大部分区域,白冠耗散和四波非线性相互作用对黄海海浪的季节变化均至关重要;对于外海区域,四波非线性相互作用更为重要,而对于近海区域,白冠耗散则影响更大。本研究旨在研究黄海海浪的季节变化特征及其物理过程,为进一步探讨该海域海浪在其他时间尺度上的变异特征和动力学过程提供研究基础。     

太平洋海浪场时空特征分析

为了深入了解太平洋海浪场特别是涌浪场的时空分布特征,利用44 a(1958~2001年)ERA-40海浪再分析资料对南、北太平洋风浪和涌浪的波高和波向进行了统计分析,结果表明:北太平洋海浪场比南太平洋具有更明显的季节变化特征,四季中南太平洋涌浪均有明显的越赤道北传过程.南、北半球西风带海浪波高随时间呈线性增长趋势,且涌浪分别存在2.4~3.7 a 和2.9 a 左右的显著周期,风浪和混合浪波高存在6.5 a 和5.2 a 的共同周期     

印尼沿岸灾害性海浪模拟研究

印尼沿岸易受气旋生浪和咆哮西风带产生的涌浪的侵蚀,但其海浪发展及传播机理尚不明确,给海岸工程建设和防护带来极大困扰。本文基于第三代海浪模式WAVEWATCH Ⅲ,采用CCMP交叉校正多平台海洋表面V2.0风场(Cross-Calibrated Multi-Platform Ocean Surface Wind Velocity)作为驱动风场,建立自整个印度洋至印尼沿岸的三级嵌套海浪模型,模拟咆哮西风带及热带气旋作用下印尼沿岸灾害性海浪,并研究其海浪分布及传播特性。结果表明:(1)咆哮西风带单独作用下,印尼沿岸盛行南向海浪,有效波高等值线沿东北方向平行递减,海浪谱为多峰,西南向涌浪占主导地位,能量集中分布于60°—90°范围,呈现北传特性;(2)咆哮西风带和热带气旋联合作用下,气旋路径左侧出现涌浪低值区,东南向风浪主导,风浪能量集中分布于110°—130°范围,路径右侧西北向风浪和南向涌浪并存,60°—90°附近涌浪波动能量占主导,风浪能量集中在210°附近;近岸浅水海域涌浪能量主导,开敞海域涌浪能量集中在60°—90°范围,有掩护海域涌浪能量峰值位于0°附近。     

台风“梅花”风浪场和涌浪场特征分析

基于第三代海浪数值模式WAVEWATCHⅢ(v3.14),在WRF模式提供模式风场驱动下,对1109号台风"梅花"的风浪场、涌浪场和混合浪场进行了数值模拟,并在我国东部沿海选取了3个关注站点,探讨涌浪和风浪波高随时间变化与台风中心位置的关系以及台风影响下海浪二维谱、风浪场和涌浪场分布和变化特征。结果表明,新版的海浪模式能较好表现福建和浙江沿海、长江口附近、山东半岛南端的3个关注区域的台风涌浪先于风浪到达的事实;距台风中心不同距离,混合浪波高的组成和波高变化不同;台风的外围区涌浪场的高值区对应着风浪场的低值区,台风的大风区风浪场的高值区对应着涌浪场的低值区,台风眼区则为涌浪区。涌浪多分布在台风风浪影响范围之外,波向由台风中心向外辐射。     

南海海浪场与厄尔尼诺的相关性分析

利用来自ECMWF具有较高时空分辨率的近45年ERA-40海表风场资料和将风浪、涌浪分离的ERA-40海浪再分析资料,分析了南海海表风场、海浪场与厄尔尼诺的相关性.研究发现:(1)南海的海表风场、海浪场与nin03指数有着密切的关系,其中涌浪、混合浪与nin03指数的相关性好于风浪;7月和10月海浪场与nin03指数的相关性好于1月和4月,其中4月相关性为全年最低.(2)南海海表风场、风浪、涌浪、混合浪场第一模态空间分布均呈现东北-西南走向的高值区分布,风浪场与海表风场具有较好的对应关系,而混合浪场则更多的是包含了涌浪的信息.(3)南海海表风场、风浪、涌浪、混合浪场存在3-3.75年的共同周期.南海的海表风场、风浪场与nin03指数存在的3.3年左右、5年左右的共同周期,涌浪场、混合浪场与nin03指数存在的3-4年左右的共同周期.     

南印度洋海浪场时空特征分析

根据 1950 —1995 年共 46 a 的南印度洋船舶气象报资料，按 5°×　5°网格统计的海浪要素进行分析研究。通过分析每月各要素的等值线分布图，得出南印度洋海浪场季节变化特点不如北半球各大洋显著，但仍有较明显的季节变化，只是季节性差异较小，冬季比夏季海浪强盛，相应的平均波高、大浪大涌频率也较大；盛行风浪传播方向、涌浪传播方向基本一致，10°S 以北为季风气候区，而其它海域则信风区常年盛行 SE 向浪，40°S 以南盛行偏 W 向浪。本文提供了南印度洋海域较为翔实的海浪场资料及变化规律。     

南大西洋风场和海浪场时空特征分析

本文根据1950～1995年共46a的南大西洋船舶气象报资料,按1*1和5*5网格统计的风、浪要素进行分析研究。通过分析每月风、浪各要素的等值线分布图,得出南大西洋风场与海浪场季节变化特点不如北半球各大洋显著,但仍有较明显的季节变化,只是季节性差异较小,冬季风比夏季风强盛,相应的平均波高、大浪大涌频率也较大;盛行风向、风浪传播方向、涌浪传播方向基本一致,低纬地区常年盛行东南浪,高纬地区则盛行偏西向浪。本文为船舶远洋交通运输、远洋出访和科学试验等活动,提供了较为翔实的风场和浪场资料及变化规律。     

黄海海浪天气时间尺度变化的数值模拟研究

利用第三代海浪数值模式(SWAN)系统研究了黄海海浪有效波高的天气时间尺度变化的时空分布特征和相关动力学过程。结果表明黄海海浪有效波高的天气变化强度(S_W)具有显著的时间变化特征和空间分布特征。其多年平均值在黄海的中东部存在由南向北延伸的高值区,同时向两侧近海区域逐渐减小。S_W在冬季最大,夏季最小。从11月到翌年5月,S_W月气候态平均值的空间分布与其年平均值的空间分布类似;从6月到同年10月,S_W的月气候态平均值在黄海与东海的分界处存在较强的由黄海到东海的空间梯度。进一步分析表明黄海海域的S_W以风浪占主,涌浪的贡献远小于风浪贡献。数值实验表明,黄海海浪有效波高的天气时间尺度变化主要是由大于天气变化周期的海面风强迫通过四波非线性相互作用产生的。     

广海湾海浪要素的基本特征及典型台风过程的波浪分析

文中利用广海湾内长达49个月的实测海浪资料,对湾内海浪基本要素以及大浪过程与热带气旋活动的关系进行统计分析,并选取一个典型台风过程的波浪进行研究。结果表明:广海湾内波浪多以0~2级波高为主,出现频率达67%,3级波高次之,出现频率为32%,偶有4级波高出现;平均波高年变化幅度不大,但季节变化特征明显,最大波高的年变化和季节变化幅度均较大;大浪多出现在夏、秋季,与热带气旋活动密切相关;2008年9月强台风"黑格比"活动期间,测点观测到最大浪高达3.55m,形成5级以上大浪,台风浪波型经历了涌浪(有成熟的,也有未成熟的)-风浪-涌浪(未成熟的)的过程,符合一般台风浪波型的演变规律。     

珠江口波浪要素特征分析

文章利用珠江口长达1年的实测海浪资料,对珠江口海浪基本要素、大浪过程以及与热带气旋活动的关系进行统计分析,选取强台风"韦森特"过程进行研究。结果表明:珠江口波浪以0~2级波高为主,出现频率达76%,3级波高次之,出现频率为22%;平均波高的月变化幅度较大,大浪多出现在夏、冬季,与热带气旋活动和冷空气过程密切相关;常浪向为SE向,出现频率为29%,强浪向为SSE向,一般由热带气旋引起;涌浪在秋、冬季出现频率较低;在春、夏两季出现频率稍高。强台风"韦森特"期间,最大浪高达3.93m,台风浪经历了涌浪—混合浪—风浪—混合浪的过程,波型变化与一般台风浪波型的演变规律较为一致。     

龙口海洋站海浪特征的统计分析

龙口海洋站位于渤海莱州湾,本文利用龙口站2013年1月-2017年12月的实时海浪观测资料,对海浪基本要素进行统计分析,结果表明:不同月份和年份下龙口站的波型分布情况大致相同,均是风浪为主,混合浪为辅,涌浪出现的概率为0。波高和周期之间并没有明显的比例关系,二者分布呈明显的季节特征:冬季最大,春秋次之,夏季最小;周期均在11月份有一个跃变;从年际变化来看:2015年波高最大,2014年最小,其他年份相差不大;周期是2013-2015年增长较快,2015-2017年缓慢降低;海况在1-7级之间,以1级海况为主,2-4级为辅,5-6级次之,偶有7级;不同月份下海况的分布情况也呈明显的季节特征。     

香港附近海域强冷空气影响下波浪特征及谱拟合

本文以香港附近海域二次冷空气影响下的波浪实测资料为依据,讨论了波浪特征与谱的拟合。这二次实测,一次为波浪成长阶段,而另一次为波浪衰减阶段。而文中的(1),(2)式代表的涌浪谱公式和文献(7)中提出的风浪谱公式不仅适合于香港附近海域强冷空气影响下的海浪谱,而且可以表征南海其它海区不同季节的海浪谱,所以具有很强的适用性。     

基于多层感知器的风涌浪分离方法

风涌浪分离是研究风浪、涌浪各自特性的基础,但受限于海浪谱数据的匮乏,基于海浪谱的风涌浪分离方法难以普及应用,有效的解决办法是采用波浪观测中容易获取的基本波要素进行风涌浪分离。现有方法无法利用基本波要素全面计算出风浪、涌浪的比例及其特征参数,为此本文将机器学习引入到风涌浪分离中,以多层感知器模型为基础,提出了一种利用基本波要素、风要素准确计算出风涌浪参数的方法。该方法需要每个测站提供至少466笔、建议766笔及以上的实测波浪数据作为训练样本,适用于台湾海峡3个测站,在计算精度上显著优于基于海浪频谱的传统风涌浪分离方法,可为本海域缺乏海浪谱的测站提供替代性的风涌浪计算方案,有助于扩大实测风涌浪资料的来源,进而加强风涌浪分布特性以及预警预报研究。     

风浪和涌浪分离方法的比较（英文）

海浪通常以风浪和涌浪混合的形式存在,如何进行分离风浪和涌浪一直是海浪理论研究和海洋工程应用中的重要问题。本文利用模型试验和实测资料,对目前提出的一种二维谱风涌浪分离方法（2D法）和三种一维谱风涌浪分离方法（PM法、WH法、JP法）进行了检验,分析发现：2D法给出的结果整体而言最为可靠,与2D法相比,PM法明显高估了风浪成分,WH法低风速时高估了风浪,高风速时跟2D法比较接近,而JP法在整体上高估了风浪成分。通过调整分割频率的比例系数,改进了PM法,改进后的PM法给出的分离结果与2D法最为一致。     

近45年太平洋海浪特征分析

利用来自欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)将风浪、涌浪分离的具有较高时空分辨率的45年ERA-40海浪资料,对太平洋的海表风场、风浪、涌浪、混合浪的特征进行分析。研究发现太平洋大部分海域的涌浪波高、混合浪波高呈显著的逐年线性递增趋势,趋势分别为0.3—0.6cm.a 1、0.3—1.2cm.a 1;太平洋的涌浪在混合浪中四季皆起主导作用,涌浪指标的低值区主要集中在南北半球的西风带,太平洋赤道附近海域存在明显的涌浪池;北太平洋的风场与风浪场的相关系数好于南太平洋,风场与涌浪场的相关系数则是南太平洋好于北太平洋;研究还发现太平洋的浪场与Nino3指数有着密切的关系。     

第20章 HYPA模式:西德汉堡海洋研究所混合参数波浪预报模式

20.1 引言 混合参数表面波浪预报模式（HYPA）可用于深水海浪预报。这个模式是早期NORSWAM模式（Gunther等,1979a,b及Ewing等,1979）的一个引伸。除了一维风浪谱的参数预报外,它还包括了另一个预报参数——平均风浪浪向（Gunther等,1981）。相对于不同的频率和方位,涌浪沿着预先给定的特征线传播,此方法与NORSWAM模式相同。在下一节中,我们将分三个部分（风浪、涌浪及风浪与涌浪的交换）介绍这一模式。 20.2 风浪 参数预报方程可由动量方程导出其中m是动量密度谱,v是群速,τ是谱动量密度的源函数。这一项一般可划分为大气输入项τ_(in),消耗项τ_(dis)和非线性相互作用项τ_(nl)。     

海浪预报知识讲座

第二讲海浪要素及其特征 1 海浪要素不管海浪是风浪、涌浪、近岸浪或者是混合浪,它们在海上出现时,波高总是有高有低,波长和周期有长有短,因而在实际分析海浪状况时,主要由海浪要素描述.图1表示在一固定点利用海浪自记仪记录到的波面.横轴代表时间,纵轴代表波面相对静止水面的铅直位移.