调制Stokes波列长期演化过程中的熵值分析

深水Stokes波列的不稳定调制演化与实际海面的瞬变性、波浪破碎、畸形波等海洋现象密切相关,且波列在长期演化的过程中,演化特性会随着时间尺度的增加而改变,前人的研究多是针对其空间分布特性,对于波列内部能量的分布和变化趋势尚不清楚,因此引入熵的概念用于描述调制Stokes波列长期演化过程中任意时刻波浪场中不同频率波浪能量分布的均匀性。通过高阶谱方法数值模型,模拟了不同初始波陡条件下调制Stokes波列波数谱熵值的长期演化,给出不同阶段初始波陡和熵的关系,并将稳定状态熵值及谱形与典型海浪谱进行对比分析,发现调制Stokes波列长期演化的波数谱熵值和谱形均趋向实测JONSWAP谱,表明其经过长期演化发展,谱变宽变连续,波场内的能量分布趋向均匀并保持动态的平衡,同时也更加趋近于真实海浪。     

Stokes波的谱特性分析

应用理论推导及数值计算方法，对Stokes随机波的谱特性进行了分析。首先将波面方程，海水质点水平速度用一阶波面分量的非线性组合表示，应用平稳随机高阶短的降阶计算法则，得到了波面方程及海水质点水平速度与一阶波面分量的自相关函数之间的关系，从而确定了Stokes随机波浪的波浪谱密度及海水质点水平速度和加速度谱密度，进而求得有关波浪要素的均方根值。文章还应有数值计算方法，分析了波浪基本参数对均方根值的影响。     

波浪谱形对不规则波数值模拟的影响

通过数值模拟分析了波浪谱形对不规则波浪数值模拟结果的影响.采用不同参数的JONSWAP谱模拟入射波要素,基于抛物型缓坡方程模拟不规则波浪的传播,分析了波浪谱形状对波浪数值模拟结果的影响.结果表明,采用抛物型缓坡方程模拟不规则波浪时,入射波浪谱形对模拟结果影响不明显;但由于模型中非线性项的影响,采用不规则波模拟的波高分布和采用规则波模拟的结果略有差别.     

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。     

波致应力的近似求解及其太平洋特征分析

基于波致应力计算中对海浪谱和波浪增长率公式的敏感性分析,选择适当的波致应力近似求解方法,计算和探讨了太平洋波致应力的时空分布特征。敏感性分析中,选择了4种常用的波浪增长率公式和3种经验解析海浪谱。推导了计算波致应力的单波公式,并将其与JONSWAP谱积分公式和Elfouhaily谱积分公式进行比较,同时使用了由风速和有效波高资料构造的Elfouhaily谱积分公式计算太平洋波致应力。结果表明:Belcher等(1993)的波浪增长率计算公式估算的波致应力与实验数据吻合度较好,同时适用ERA-interim数据;当波龄小于1.2时运用Elfouhaily谱积分公式更合适,当波龄大于1.2时运用单波公式更快速有效;太平洋的波致应力分布与风场之间存在明显的相关性;2009年1月、4月、7月和10月太平洋波致应力的季节性特征分析表明四个季节的西风带波致应力较其他地区都更强盛,而在时间变化上1月和10月为波致应力整体较为强盛的时期。     

挪威海畸形波波形特征研究

畸形波波形与其所处海况特征密切相关。在线性、窄谱假定下,最可能出现的畸形波波形服从“新波”理论,即最大波位于波群中间且其前后相邻波浪对称。然而,实际海浪谱通常是包含多种频率成分的宽谱。目前对实测畸形波及其附近波面形态特征仍缺乏系统认知,对其影响因素尚不明确。本文基于挪威海气象观测站共112个畸形波序列,分析实测畸形波波形及影响因素。研究表明,只有52%的畸形波在波群中间,其余畸形波在波群前侧的概率更高。此外,畸形波前后相邻波浪并不完全对称,其中位于后侧的波幅普遍更大。通过定量分析实测畸形波的平均波形与“新波”理论结果,发现谱宽是影响畸形波波形的关键参数。随谱宽增加,畸形波的平均波形与“新波”理论得到的波面序列误差呈指数增加。     

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.     

一种计算有限水深波能功率的新方法

海洋波浪能平均功率的准确计算是波浪能开发和利用的基础。实践中,波浪能转换装置一般安装在有限水深区域。对于随机波,只有当详尽的波浪谱已知的时候,有限水深区的波能功率才能被准确计算出来。由于种种原因,实践中波浪的实测数据大多以散点图或有义波高和统计波周期的形式给出,而波浪谱信息有时则很难获得。基于这种情况,传统上人们利用无限水深条件下的相关公式来估算有限水深区域的波能功率,但这种做法会造成较大的误差。本研究显示,对于50 m水深的理论波谱JONSWAP谱来说该误差高达14.6%。为了提高波能功率计算的准确性,本文提出了一种基于能量频率的一阶和二阶近似算法,可以在未知波浪谱的情况下较为准确地计算不同水深时的波能功率。针对两种理论波浪谱的计算结果表明,本方法在计算有限带宽内的波能功率时计算误差低于2.8%。     

波浪反射系数谱的特征分析

应用斜向不规则波反射系数的改进两点法(MTPM),用模型试验研究了混凝土护面堤和块石护面堤波浪反射系数的频率谱和方向谱,结果表明,分析的反射系数随入射波频率的增加、结构坡度的减小和入射角的加大而减小.给出了波浪反射系数频率谱及其随Iribarren数变化的规律,提出了反射系数三维谱的经验公式,由此可定量地描述斜向不规则波的反射系数随无量纲特征参数Iribarren数和入射波角度的变化规律.     

风浪频谱中的特征量

在三参量风浪频谱的基础上对谱参量进行深入地研究,给出了谱参量与风场要素、波场要素的关系,提供了依据风场要素、波场要素及实测波浪资料计算谱参量的方法。从而可以依据上述因素直接计算出三参量风浪频谱。此外还根据谱宽度的变化,描述了风浪频谱的成长方式,解释了传统的波陡、波龄关系中经验常数的不同选取所代表的物理背景。     

Outer wave number spectrum and statistical distribution of apparent wave number vector

Based on the ray theory and Longuet-Higgins’s linear model of sea waves, the joint distribution of wave envelope and apparent wave number vector is established. From the joint distribution, we define a new concept, namely the outer wave number spectrum, to describe the outer characteristics of ocean waves. The analytical form of the outer wave number spectrum, the probability distributions of the apparent wave number vector and its components are then derived. The outer wave number spectrum is compared with the inner wave number spectrum for the average status of wind-wave development corresponding to a peakness factor P = 3. Discussions on the similarity and difference between the outer wave number spectrum and inner one are also presented in the paper.     

近40年中国近海波浪数据库的建立及极值分析

采用TOMAWAC模型模拟近岸40年的波浪要素。波谱计算采用36个方向,模拟波周期范围为1.5～29 s,并对极值波况进行分析。统计了1979—2018年间有效波高的年极值,算得百年一遇的有效波高,发现百年一遇波高由北往南总体呈现增大趋势:渤海和黄海的百年一遇的波高不超过10 m;东海百年一遇的波高在15～22 m之间;南海北部百年一遇波高的范围比较大,靠近台湾部分最大达到了22 m,海南岛西部较小,在10～15 m之间。引用SET值相关指标对极端波浪的发生次数、持续时间和强度进行分析,发现渤海、黄海北部、台湾海峡以及南海西北部极端事件频繁发生,平均每年有5～7次,台湾岛西南部极端事件的平均历时最大,达到了32 h。     

基于波谱密度特性的海浪仿真研究

基于密闭液体的体积变化导致压力变化的特性,研制出了一种高响应、高精度的海浪仿真器,能够模拟海浪对任意水深处的影响作用。在保持微小频率段内总能量相等的条件下,通过规则波的合成,获得了描述已知波谱密度的海浪,并由海浪仿真器模拟出了任意水深处所受到的海浪作用,频谱分析表明模拟海浪具有与真实海浪相一致的波谱密度特性。     

利用波浪谱理论计算我国近岸波浪能方法研究

简述了当前被较多应用于我国近岸波浪能计算的简化公式会带来较大计算误差的事实,指出了这是因不合理假设和化简造成的结果。在此基础上,提出了利用波浪谱计算我国近岸波浪能的计算思路,同时利用波浪谱参量与实测数据比对,间接证明了该思路的合理性。     

航道对多方向波传播影响

应用Boussinesq方程对不同入射角、不同方向集中度的波浪与航道的相互作用进行模拟,得到了航道的折射影响规律以及不同入射角、不同方向集中度的波浪对航道作用的差别.结果对试验研究及工程实践有指导意义.     

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。     

The wave transformation and breaking phenomena in shallow water

Ｔｈｅｗａｖｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｂｒｅａｋｉｎｇｐｈｅｎｏｍｅｎａｉｎｓｈａｌｌｏｗｗａｔｅｒ￥ＬｉＹｕｃｈｅｎｇ（１．ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６０２３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：...     

浙江东矶列岛海域实测波要素及典型台风浪特征分析

利用东矶列岛海域一年实测波浪资料,统计分析波要素特征,以台风“利奇马”为例,分析台风浪演变过程。结果表明：研究海域年平均有效波高0.88 m,年平均周期4.3 s,年最大波高8.67 m出现在夏季台风“利奇马”影响时。研究海域以轻浪为主,其次是小浪和中浪;常浪向为ESE,次常浪向为E和SE;强浪向为SSE,次强浪向为SE。波浪平均持续时间和波高之间符合指数衰减关系。台风“利奇马”影响期间,最大谱峰56.20 m²/Hz,台风浪谱型以双峰谱为主,台风浪类型经历了涌浪—混合浪—风浪—混合浪—涌浪这一演变过程。     

Stochastic Doppler shift and encountered wave period distributions in Gaussian waves

We show how to calculate the encountered wave period distribution for a ship traveling with constant speed on a Gaussian random sea with a directionally distributed frequency spectrum.     

斋堂岛东南海域波浪特征及海浪谱分析

利用斋堂岛东南海域2013年至2014年的实测波浪资料,统计分析了本海域波浪特征,为波浪能资源评估提供基本波浪参数。统计结果表明,本海域年平均有效波高为0.60 m,最大波高为5.30 m,平均周期为3.3 s,最大周期为8.3 s,常浪向为E-SE向。本文亦讨论了本海域波高分布和波高与周期的关系,并基于JONSWAP谱谱型的基本结构,拟合得到适用于本海域的海浪谱谱型,可为海洋能发电装置的布设及相应的工程建设提供一定的参考。