涌浪对风浪能量影响的实验研究

在实验室风浪水槽中进行纯风浪和混合浪波面位移观测,研究波长较长的规则波对风浪能量的影响.本文用混合浪和纯风浪中的风浪显著波的零阶谱矩之比代表混合浪中的风浪与纯风浪能量之比,并以此表征涌浪对风浪能量的影响.研究了该能量比随涌浪波陡S、风区x、波龄倒数u/C、涌浪频率与纯风浪谱峰频率之比fs/fwp的变化规律.结果表明,涌浪对风浪能量的抑制作用随涌浪波陡的增加、波龄倒数的增大及涌浪频率与纯风浪谱峰频率之比的增大而增强.发现该能量比依赖于无因次量R=(1+80(πS)2)1.9(fs/fwp)0.9(u/C)0.27,并拟合得到2者的经验关系.此外,本文实验还发现,在某些情况下,涌浪的存在使风浪能量增加.     

实验室长波引起的风浪低频频移

利用实验室波浪水槽观测规则长波对风浪的影响。谱分析显示,较之纯风浪谱,除已被广泛关注的长波抑制风浪这一现象外,当长波波陡较小,且频率远离风浪峰频时,长波还使得风浪谱向低频移动。利用Longuet-HigginsStewart(1960)理论,并考虑到风浪破碎的约束,计算了规则长波的存在对风浪谱的影响,发现可以较好地解释这一现象。表明当长波波陡小且频率远离风浪峰频时,长波对短波的二阶调制及其引起的破碎加强可能是长波影响风浪的主要机制。     

实验室观测条件下的规则长波对风浪低频频移影响(英文)

本文利用实验室波浪水槽观测规则长波对风浪的影响。谱分析显示,较之纯风浪谱,除已被广泛关注的长波抑制风浪这一现象外,当长波波陡较小,且频率远离风浪峰频时,长波还使得风浪谱向低频移动。本文利用Longuet-HigginsStewart(1960)理论,并考虑到风浪破碎的约束,计算了规则长波的存在对风浪谱的影响,发现可以较好地解释这一现象。这一工作表明,当长波波陡小且频率远离风浪峰频时,长波对短波的二阶调制及其引起的破碎加强可能是长波影响风浪的主要机制。     

风浪超射现象的研究 Ⅰ.实验分析

对风浪超射现象进行实验研究,由于峰频率谱值不易精确定,因此通过谱分析不易获得精确的风浪超射曲线。在风浪槽中４个风区处观测随风时成长风浪,以子波变换分析风浪资料,结果表明,风浪高频组成波在成长中姓能量超射,与Ｓｕｔｈｅｒｌａｎｄ等结果相比,该能量超射幅度更大。     

论风浪的局域结构──Ⅱ.风浪局域小波能谱的性质及应用

引入了局域小波能谱的局域间歇性度量,分析了不同风速下的风浪资料,结果表明,局域小波能谱可依局域频率分为三部分。风浪的群性在三维局域小波能谱图像下显示得更为明显,与风浪有关的一切性质都是局域的,包括风浪的群性。讨论了局域小波谱峰值与谱峰频率的涨落,指出了前者在工程设计中的重要意义,并发现了后者与风浪破碎有关的两种非线性现象。     

论风浪的局域结构：II.风浪局域小波能谱的性质及应用

引入了局域小波能谱的局域间歇性度量,分析了不同风速下的风浪资料,结果表明,局域小波能谱可依局域频率分为三部分,风浪的群性在三维局域小波能谱团像下显示得更为明显,与风浪有关的一切性质都是局域的,包括风浪的群性,讨论了局域小波谱峰值与谱峰频率的涨落,指出了前者在工程设计中的重要意义,并发现了后者与风浪破碎有关的两种非线性现象。     

第5章 耦合混合(型)模式

5.1 风浪谱 由经验可知,处于成长状态的风浪谱,在各种风浪生成条件下,往往有着大致一样的谱形。此一事实可促使对风浪谱进行参数描述。谱的分布只是随频率及能量的尺度不同而异,若用g和局部风速U或者摩擦速度u_*进行无因次化处理,还可进一步发现频率及能量两个尺度参数间的近似关系。因此,成长风浪谱在一阶近似下便可由一个无因次变量来表征,如无因次能量E~*=Eg~2u_*~(-4),所有其它无因次变量,诸如无因次峰频f_p~*=u_*f_p/g及Phillips“常数”α,便可随之确定。E~*与充分成长能量E_∞~*之比,则提供了风浪“年令”的唯一量度。     

风浪波分量相速度的测量及其结果的解释

线性海浪谱理论认为:风浪是由多数频率和振幅不等、位相紊乱的简单波动线性叠加的结果。按照此种理论,风浪波分量的相速度应遵从线性波动弥散关系c=g/n(n为圆频率,g为重力加速度)。这种理论究竟在多大程度上符合实际风浪的情况?答案有赖于对风浪波量的相速度作准确的测量。法国马赛实验室Ramamonjiarisoa(1974)用交叉谱方法测一得组数据。此组数据表明,风浪的波分量,只有其频率接近谱峰频率的那一部分遵从线性弥散关系,具有较高频率的波分量是非弥散的,都以几乎同样的相速度传播。     

胶州湾风浪谱特征分析

在1985年2-3月和11月寒潮大风天气过程期间,我们用美国ENDECO公司的949型波浪跟踪浮标在胶州湾内两个测站进行了海浪连续观测.本文选取其中45组资料做了波谱计算,对风浪谱资料分析表明,胶州湾内的风浪是短风区的风浪,风时影响不明显,风浪的发展和消衰有随风速变化的趋势,本文还以风浪相对风区成长的相似率,揭示出胶州湾内风浪谱随风区成长的特征,并求得无因次谱峰频率(f_M)与无因次风区(x)及无因次能量(E)之间的关系,后者的关系近似于Hasselmann等人1976年给出的结果.     

改进的理论风浪频谱

对作者已提出的理论风浪频谱[1-3]的低频部分作了改进,谱的表示式显著简化.除原来使用的渤海观测资料外,增加了黄、东、南海资料以便对文中所提的谱进行更广泛的检验.计算结果与观测值符合良好.与JONSWAP谱作了进一步比较,二者是接近的,但就整体而言,文中的谱与观测的符合程度较JONSWAP谱为高.谱中引入了经过改进的P-δ关系(P,δ分别代表谱尖度因子和有效波陡)后,仅包含有效波高和周期作为参量.对此种形式的谱,峰频率的计算值与观测值是接近的,峰的高度基本上与观测值符合,但由于波高、周期的统计可变性,计算与实测值有一定差异.     

JONSWAP谱和N谱的几个对应特征量间的关系

研究了风浪频谱ＪＯＮＳＷＡＰ谱的峰度因子γ、尖度因子Ｐｊ和Ｎ谱尖度因子ＰＮ，参变量ｐ，ｑ间的关系；并在此关系上给出了由这两种谱计算的几个对应参量间的关系，在使用不同的谱形进行特征量的计算时，应注意不同频谱间的成长因子致性，以免引起计算结果的错误。     

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。     

气旋天气形势下石臼港近海的风浪特性

气旋天气过程引起的大浪是石臼港近海灾害性海浪之一。本文对1979年12月的一次气旋天气影响下的实测海浪进行了分析;论述了波要素的某些特点、波高与周期分布以及风与浪的关系;并讨论了风浪谱及其参量特征,得到了一个与实测谱接近的拟合谱形式。     

太湖北岸风浪谱的特征分析

利用１９９２年在太湖北岸马迹山地区测得的浅水风风浪资料，采用ＦＦＴ方法求算风浪频谱，对谱结构特征的分析表明，观测到的风浪谱在平衡范围谱值按－４．０幂指数衰减，风浪谱形状与文圣常给出的理论结果比较接近。另外，分析以风要素为参量得到的无因次化频谱可以看出，观测谱基本满足谱的相似律。     

两次非典型厄尔尼诺期间热带太平洋主流系和赤道行星波研究

两次非典型厄尔尼诺事件发生期间,Walker环流中的西太平洋部分显着减弱,Hadley环流中的东太平洋部分显着增强.西太平洋距平西风应力增强向东伸展;东太平洋距平北风应力增强向南伸展.西太平洋暖池的能量可以两种方式向东传播:赤道Kelvin波温跃层模态和流速模态.温跃层模态向东输送的总能量大于流速模态向东输送的总能量.1982～1983年厄尔尼诺事件中,赤道Kelvin波温跃层模态起主要作用,赤道潜流减弱;1986～1987年厄尔尼诺事件中,赤道Kelvin波流速模态起主要作用,赤道潜流增强.厄尔尼诺事件期间,赤道潜流消失、反向现象是一种局地性海洋响应,这种现象不伴随赤道Kelvin波向东传播.     

风浪频谱的成长模型 Ⅱ.三参量的风浪频谱随风区的增长关系

为研究三参量风浪频谱随风浪的成长关系,从而直观地描述风浪频谱成长过程中的超射现象.并证明三参量谱谱型的合理性.基于已得到的谱参量随风区的变化关系,对三参量风浪频谱以及风浪频谱成长过程中存在的"超射"现象作深入的研究,得到三参量风浪频谱随风区的成长关系:S(-ω,-m0,-ω0,B)=-m0(-x)/-ω0(-x)B(-x)[-ω/-ω0(-x)]-p(x)exp[-p(-x)/q(-x)([ω/ω0(-x)]-q(-x)-1)]在此基础上,得到无因次风区:300、500、2000、5500、10000、15000下,风浪频谱的谱线,从而直观地描述了风浪频谱成长过程中的"超射"现象,并认为在风浪频谱的成长过程中确实存在着"超射"现象,但是该现象并不如Hasselmann等提出的理论中阐述的那样存在于风浪频谱成长的全过程,而是仅存在于风浪频谱成长的初期.随着风浪的不断成长,"超射"现象逐渐减弱,直到风浪接近充分成长,"超射"现象也随之逐渐消失.经过不同风区下实测数据的检验,证明S(ω,-m0,-ω0,B)、S(ω,-H,-T,B)、S(ω,-H,-T,-δ)以及S(ω,-H,-T,β)四种形式的三参量风浪频谱谱型是合理的,同时也进一步证明了谱的零阶矩、谱的峰频率、谱宽度、波高、周期、波陡和波龄随风区变化关系的正确性.     

海洋白浪覆盖率模式的研究

在波面位移为均匀正态分布的假定下,导出以海浪谱矩为参量的波面斜率分布函数,依此函数,利用极限波面斜率为波浪破碎判据导出依赖于海浪谱四阶矩的白浪覆盖率的表示式,又通过Ｋｒｙｌｏｖ谱和ＳＭＢ海浪预报方法的经验公式,将海浪谱四阶矩代之以风要素,从而首次建立了一个依赖于风速和风区两者的半理论,半经验的海洋白浪覆盖率模式,此模式给出了结果与Ｍｏｎａｈａｎ汇集的海洋白浪覆盖测量数据符合颇佳。     

Satellite wave measurements for coastal engineering applications

Measurements from the GEOSAT, ERS-1 and 2 and Topex/Poseidon satellites have now accumulated to over 15 years of global ocean wave and wind data. Extraction of wave height, wind speed and wave period from the satellite altimeters and directional wave spectra from the synthetic aperture radars are reviewed along with recent validation and calibration efforts. Applications of the data to a variety of problems illustrate the potential of satellite wave measurements.     

Growth of Wind Waves with Fetch in the Sea of Japan under Winter Monsoon Investigated Using Data from Satellite Altimeters and Scatterometer

By using wind vector fields observed by the NASA Scatterometer (NSCAT) and significant wave heights observed by the TOPEX/POSEIDON and European Remote Sensing Satellite-2 (ERS-2) altimeters, one-dimensional fetch growth of wind waves has been investigated under conditions of strong wind and high waves caused by the East Asian winter monsoon in the Sea of Japan. The evolution of fetch-limited wind waves can be observed by the altimeters along their ground tracks. The fetch is estimated by using vector wind fields observed by NSCAT. The derived growth characteristics of wind waves are compared with empirical relationships between the non-dimensional fetch and significant wave height proposed by previous studies. Good agreement is discernible with Toba's fetch graph formula normalized by the friction velocity, while Wilson's well-known formula normalized by the wind speed at a height of 10 m tends to underestimate the wave height under such severe conditions of high wind and very long fetch. This discrepancy is explained by the wind-speed dependence of the drag coefficient. A simple correction to Wilson's formula for the high wind conditions is proposed and compared with the observed data.     

风浪频谱的成长模型Ⅰ.谱参量随风区的增长关系

为得到谱参量随风区的变化关系,从而更细致地刻画风浪频谱的成长方式.在动力学方程的控制下,基于三参量风浪频谱,利用动力-统计学相结合的方法导出了谱参量(谱宽度B、谱的零阶矩～m0、谱的峰频率～ω0)随风场要素(风区)的成长关系分别为:B=5.68×10-3～X9.482×10-1-4.66×10-2ln-x;～m0=1.356×10-8～x2.367-1.097×10-1ln～x;～ω=4.082×101～X-7.623×10-1+3.71×10-2ln～x.同时得到了简化形式的波陡δ、波龄β与谱宽度之间的关系为:δ=2.14×10-2B-1.05-4.26×10-1lnB,β=1.26B1.28+1.97×10-1ln(B).此外,还得出了受风场要素控制的,谱的零阶矩与谱的峰频率之间新关系为:{ω0=a1～m0-0.33 a1=1.034×10-1～X1.872×10-2+8.50×10-4ln～x,从而阐明了先前的各种经验关系是新关系在取不同风区值时的特例.可见,将动力学原理引入风浪频谱的研究,所建立的谱参量随风区的变化关系与先前的经验公式相比更加合理,且普适性更强.