波浪滑翔机水下牵引机结构设计与分析

为满足对远洋环境进行长时间、大范围监测的实际需求,设计提出一种波浪动力滑翔机,该设备是一种无需携带能源即可实现自主航行的新型海洋监测平台,其主体结构由水面母船、水下牵引机和柔性缆绳三大部分组成。平台通过即时获取海洋中的波浪能、太阳能、风能作为行走的动力源,克服了传统海洋监测设备在能源供应上存在的短板。为进一步提升水下牵引机对波浪能的利用率,采用Ansys软件中的Fluent模块对水下牵引机进行水动力仿真研究,分析了侧翼板形状、侧翼板工作最大摆动角度以及侧翼板安装分布间距对滑翔机总体行走效率的影响。结果表明:NACA翼型侧翼板具有更好的水动力性能;随着最大摆动角度的增加,水下牵引机的推进效率先增大后减小,最大摆角在20°左右时,推进效果最佳;随着侧翼板分布间距的增大,水下牵引机的推进效率逐渐减小,分布间距在80 mm左右时,推进效果最佳。     

波浪滑翔机推进装置翼片的启动阶段水动力学分析

波浪滑翔机直接利用波浪能实现大范围长距离的机动运动观测,在海洋环境观测中可以发挥重要的作用。本文对波浪滑翔机推进装置在启动阶段的翼片的水动力学行为进行了研究。以波浪滑翔机水下推进装置的翼片为研究对象,运用雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS),对给定垂荡和摆动运动的翼片水动力学进行了水动力分析和仿真,模拟了单个翼片、纵向阵列多翼片的运动状况,得到推进装置翼片附近的压力分布和整体推进动力,分析翼片间距变化在启动阶段对推进力的影响作用。通过该研究工作为深入理解波浪滑翔机推进装置工作状态提供了理论依据。     

基于南海水下滑翔机观测的业务预报系统温盐分析数据评估

利用2019年7月12日至9月20日“海翼”号水下滑翔机在南海北部的温盐观测数据,对3个海洋业务预报系统（法国Mercator Océan International的PSY4、美国HYCOM Consortium的GOFS3.1和中国国家海洋环境预报中心的CGOFS）的温盐分析数据进行了质量评估。结果表明,3个业务预报系统对温度和盐度都有较好的刻画能力。其中,PSY4系统的温度、盐度在所有评估点处的总体均方根误差分别为0.45℃、0.056,小于另外2个系统,是3个系统中最优的。从总体偏差来看,PSY4与CGOFS温度呈现暖偏差,而GOFS3.1温度呈现冷偏差;3个系统的盐度都呈现负偏差。均方根误差的垂向结构显示,温度均方根误差与偏差最大值出现在水深100 m附近,盐度最大值在水深50 m附近。以上结论为南海北部海域使用分析数据提供参考。此外,大气强迫场的降水量偏多可能导致了CGOFS系统8月的盐度值出现较大的均方根误差和较明显的负偏差,因此在数值预报时需更多地关注强迫场的选取。     

再论台风波浪的波型及其与海岸工程设计波浪要素的关系

本文以实测台风波浪资料对台风影响过程中固定点波浪能量集中度的变化和有效波陡的变化进行分析，得出华南近岸浅水区台风波浪的波型与台风中心位置的统计关系，并进一步阐明了台风过程中固定点出现较大台风波浪的波型是风浪以及用于海岸工程设计的台风波浪亦为风浪的结论。文中还讨论了台风波浪波型对海岸工程建设中的设计波高、周期等要素取值的影响。     

基于水下滑翔机平台的海洋声学探测技术发展现状与展望

水下滑翔机作为一种新型海洋监测平台,具有大航程、长时序、高隐蔽性、低成本及通用性强的特点,是用于水下移动目标探测、海洋水文环境精细化测量的优势平台,在海洋勘测与探测、国家海洋安全、海洋环境监测体系建设中发挥着重要作用.详细梳理了基于水下滑翔机平台的海洋声学探测技术的国内外研究进展现状,展望了推动海洋声学探测未来发展的关...     

基于实测资料的畸形波概率及波浪要素分析

根据Kjeldsen对畸形波的定义：波高大于有效波高的2倍（H/H_1/3＞2）,基于实测波浪资料,统计分析了江苏射阳海域和广东南澳海域的畸形波个数和波浪要素。江苏射阳海域畸形波发生概率为0.005 7%,广东南澳海域畸形波发生概率为0.007%。用Rayleigh分布、双参数Weibull 分布和MER分布对实测数据得到的特征波高进行了拟合,研究了海域内畸形波发生的概率分布。拟合结果表明：MER分布更适合描述两个海域畸形波的发生概率,两个海域畸形波的发生概率均高于Rayleigh分布和Weibull分布。在测量数据期间,台风在海域过境可能增加畸形波的发生概率;同时两个海域的双峰谱占比为22.7%和5.8%,可能也是导致畸形波发生概率增加的原因之一。     

基于多传感器融合的波浪谱数据获取与传输方法研究

波浪谱分析是研究随机波浪、构建波浪模型、计算海浪要素的主要方法,也是海洋工程设计、波浪能应用研究等的重要依据。目前对于现场波浪数据的获取仅局限于波浪特征参数和部分频段数据,为了获取准确有效的波浪谱信息,提出微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)和全球定位系统(Global Positioning System,GPS)测波传感器相结合的波浪谱数据获取方法以及利用北斗短报文数据传输的通信方式。综合考虑波浪谱数据特点和北斗短报文通信能力,波浪谱数据选用半精度数据类型编码并设计了相应的数据传输格式。现场海试结果表明该方法对于全波谱数据计算和传输较为准确,有效波高、峰值周期、平均波向和方向扩展的准确率相比于单独GPS传感器计算结果分别提升了12.5%(0.1m)、5%(0.2s)、8%(13°)和13%(8°),为海浪观测资料获取提供了新方法和新思路,可以进一步满足海洋多要素研究和对完整频谱分析的实际应用需求。     

基于RT-Thread的波浪滑翔器控制系统设计与实现

波浪滑翔器是一种新型海洋无人自主航行器,拥有无污染、能耗低、续航时间长、航程远、生存能力强等诸多特点,已逐步成为国内外研究的热点。控制系统作为波浪滑翔器的重要组成部分之一,它的稳定与准确性直接影响着波浪滑翔器的航行性能尤其是走航和定点的控位精度。介绍了一种基于 RT-Thread 实时操作系统的波浪滑翔器控制系统设计,通过多次海上长时间连续试验表明,基于 RT-Thread 的波浪滑翔器控制系统具有良好的准确性和可靠性。     

基于模拟退火的改进型混合差分演化算法及其在设计波浪要素推算中的应用

将模拟退火算法与改进的差分演化算法相结合,提出了一种新的混合差分演化算法.通过对标准测试函数优化求解的数值实验,表明该算法的收敛速度和稳健性确有提高,并发现校正变异和校正选择操作的引入相比模拟退火思想更能有效的改进算法的收敛速度和稳健性.以P-Ⅲ型分布为例,分析了设计波浪要素推算的主要问题,以及该算法在设计波浪要素推算中的应用方法,并通过理想样本实验证明了其精确性.最后给出了在成山头海域多年一遇极值波高推算中的应用实例,并与矩法适线结果进行了比较。     

基于Prophet算法的海南近海波浪长时段时序分析与预测

近年来,以大数据为基础的人工智能算法逐步兴起并被用于海洋波浪短期预测。本文采用2015−2019年海南近海逐时波浪实测时序数据,基于Prophet算法建立了海南近海波浪长时段时序预测模型,分析了2015−2019年海南近海波浪日、月、年变化特性,并对海南近海2020年波浪变化过程进行了预测。结果显示,Prophet算法模型对波浪波高和周期的预测值和实测值整体吻合良好,可有效用于长时段波浪的特性分析和时序预测。     

南海北部波浪特征分析

利用南海北部近海区域(20°36.298′N,110°45.433′E)于2012年至2013年的波浪实测资料,统计分析了其波浪特征,为海洋工程建设和波浪能利用提供基本波浪参数。统计结果表明,南海北部年平均有效波高为1.2m,周年平均十分之一部分大波波高为1.5m,年平均周期4.0s,周年最大平均有效波高为4.97m,周年最大平均十分之一部分大波波高为7.34m,常浪向为E向,次常浪向为ENE向。强浪向为E向,次强浪向为ESE向。     

Analysis of kinematic parameters of Internal Solitary Waves in the Northern South China Sea

The monthly climatology of observed temperature and salinity from the U.S. Navy Generalized Digital Environment Model (GDEM-Version 3.0) is used to derive the geographical and seasonal distribution of kinematic parameters of nonlinear internal waves in the Northern South China Sea (NSCS). Coefficients of the Generalized Extended Korteweg-de Vries Equation (GEKdV) with a background current are investigated (phase speed, dispersion, quadratic and cubic nonlinearity parameters, normalizing factor). These parameters are used to evaluate the possible polarities, shapes of internal solitary waves, their limiting amplitudes and propagation speed. We show that the long wave phase speed and dispersion parameters mainly depend on topography characteristics and have no obvious seasonal variation. The nonlinear parameters and normalizing factor are sensitive to variations in the density stratification and topography. Background current also exerts the distinct effects on the kinematic parameters; especially the nonlinear parameter can change by an order of magnitude. The nonlinear parameters take on larger values in the summer (July), and linear internal waves are prone to become steeper and develop into large-amplitude internal solitary waves under such circumstances. This explains why nonlinear internal solitary waves occur more frequently in summer. From the kinematic viewpoint, the dispersion parameter takes on larger values in the Pacific Ocean (PO) due to deeper water depth when compared with that in the NSCS. The stronger dispersion effect in the PO hinders the formation of large amplitude internal solitary waves, explaining why nonlinear internal solitary waves are rarely found to the east of the Luzon Strait. Large near-bottom velocities dominate the shallow area and tend to increase in the warm season. The largest values are induced by internal solitary waves, indicating that internal waves are the major drivers of sediment re-suspension and erosion processes.     

Wave groupiness and spectral bandwidth as relevant parameters for the performance assessment of wave energy converters

To date the estimation of long-term wave energy production at a given deployment site has commonly been limited to a consideration of the significant wave height H_s and mean energy period T_e. This paper addresses the sensitivity of power production from wave energy converters to the wave groupiness and spectral bandwidth of sea states. Linear and non-linear systems are implemented to simulate the response of converters equipped with realistic power take-off devices in real sea states. It is shown in particular that, when the converters are not much sensitive to wave directionality, the bandwidth characteristic is appropriate to complete the set of overall wave parameters describing the sea state for the purpose of estimating wave energy production.     

我国南海沿海台风及暴潮灾害趋势分析

利用中国气象局上海台风研究所(CMA)和国家海洋局(SOA)数据资料, 对南海沿海台风活动(1949—2016)和风暴潮灾害趋势(1989—2016)进行了统计分析。结果表明, 南海地区台风年登陆频数整体上呈微弱减少趋势, 但强台风影响及强度呈加强趋势; 1990年代中期台风登陆频数出现显著突变, 粤东地区受高强度台风的影响变得频繁, 粤西地区从2007年开始台风登陆强度逐年增强; 研究区域内台风强度分布一致性较好。文章还总结了典型的热带气旋路径, 分析了不同入射角范围的台风在强度和地区分布上占比的变化规律, 指出近年来中国南海沿海地区年强台风暴潮灾害发生频数增多, 年最大风暴潮等级有增大趋势。     

近45 年南海-北印度洋波浪能资源评估

利用 ERA-40海表10 m 风场驱动第三代海浪数值模式(WAVEWATCH-,Ⅲ简称 WW3),得到南海–北印度洋1957年9月~2002年8月的海浪资料,计算该海域的波浪能,分析波浪能流密度的四季分布特征、不同能级出现的频率及波浪能流密度的稳定性,为海浪发电、海水淡化等选址提供依据.研究发现,南海–北印度洋海域蕴藏着较为丰富的波浪能:(1)南海–北印度洋大部分海域的年平均波浪能流密度在2 kW/m 以上,大值区位于南海、孟加拉湾、索马里附近海域.(2)南海–北印度洋海域波浪能流密度大于2 kW/m 和大于4 kW/m 出现的频率都较高.(3)南海–北印度洋的波浪能流密度具有较好的稳定性,春季、秋季、冬季的稳定性好于夏季,南海的稳定性好于北印度洋     

南海中部海域地震速度分析

从南海中部海域多次地球物理调查获得的速度资料中,挑选3 000多个速度谱点,经过解释直接或间接地获得该区200多条剖面上各点的叠加速度、均方根速度、层速度等多种速度资料,并计算出该区的时深转换和砂岩百分含量。综合各剖面上的速度变化和Ps值(砂岩百分含量)特征,编制了晚始新世以来地层速度和Ps值平面图,分析各时代层速度和Ps值的纵向和横向变化规律。得出南海中部海域物源早期来自西北方向,中期西南方向,最后远离物源的变化过程,海水进侵方向为东南方向。进而说明该区经历了初期冲积平原、中期滨海—浅海和晚期浅海—半深海的充填演化过程。为研究该区的地层沉积特征和沉积模式提供依据。     

南海海山非均匀磁性反演

利用虚源法对南海海盆 1 6座实测海山进行了磁性反演。结果表明 ,南海海山非均匀磁化反演效果明显优于均匀磁化反演 ;南海海盆东部和西南部的海山运动方向相反 ,前者向北 ,后者往南 ;海山运移中的旋转形式两地也存在明显差异。     

设计波高推算的一种新模型

考虑台风影响海域的设计波高,结合复合极值理论和最大熵原则,构造了1种新型的具有4个待定参量和1个台风频次参量的poisson-最大熵分布函数模型,并推导出求解参数的方程组,参数的数值解可通过年极值实测数据的期望、方差、偏度和峰度得到.以黄海某观测站26 a极值波高的实测数据为例计算了新模型中4个待定参量和多年一遇设计波高,并与传统常用计算方法得到的结果进行比较.比较表明,新模型相比传统方法具有一定的优势.     

南海表层水温年循环的谐波特征

通过对ＮＣＥＰ１°×１°周平均ＳＳＴ资料（１９８２～１９９４）进行谐波分析,发现南海ＳＳＴ年循环中基波Ｗ１和第二谐波Ｗ２是决定性的谐波;诸谐波具有准驻波特征：气候平均意义下的季节内振荡不显著。此外,还讨论了南海全区ＳＳＴ在夏季风爆发之前迅速增温的原因