满足给定数字特征和谱的随机信号的产生

本文给出了满足给定数字特征和谱的随机序列的产生方法，即用无记忆非线性变换实现非正态随机信号的模拟．该法与Ｇｕｊａｒ法相比较，放宽了变量概率分布的限制，只要求变量矩的存在。同时考虑无记忆非线性变换对谱的影响，用异于Ｌｉｕ的方法在频域上求解输入正态分布随机序列的谱．     

三维随机海浪的数值模拟

本文首先分析了三维随机海浪的方向谱函数和三维随机海浪的数学模型,然后在ＭＡＴＬＡＢ环境下设计了数值模拟程序,并模拟出三维随机海浪的方向谱和三维随机海浪的三维空间模型。     

随机海浪列率谱与频率谱的实验比较研究：Ⅰ.随机海浪列率谱估计方法

首次将列率谱分析的两种谱估计方法,并矢周期图法和并矢相关法引入到随机海浪的研究,文中就不同环境条件下实验室资料,对两种谱估计方法进行了比较,结果表明：两种谱估计方法所得结果非常吻合。     

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。     

多向随机波的实验室模拟

海浪是一种多向随机波。本文首先对常用的多向随机波的数值模拟方法——双迭加法进行改进,建议了频率方向对应法,并给出了合适的模拟参数。此法能产生比较符合实际的波浪。在此基础上论述了三维随机波的物理模拟方法,并对多向随机波试验中的几个重要问题进行了探讨。     

随机海浪的列率谱分析研究

首次将列率谱分析的方法引入到随机海浪的研究。根据不同环境条件下实验室资料，对列率谱与频率谱进行了比较。结果表明，列率频对频率谱高频部分有明显改善，特别对二倍频含能段的分辨具有明显的优越性。另外，列率谱具有计算速度快、简单易行、分辨率高等优点。     

海浪产生磁场的能量分布计算

结合前人在海浪功率谱研究以及海浪产生磁场两方面的研究,求出了海浪-磁场系统的传递函数,计算了传递函数的峰值、对应的峰值频率,分析了这些指标随高度的变化.根据理论分析,给出了感应磁场总功率的表达式和峰值频率满足的方程,指出海浪感应磁场是一个窄带随机过程.最后选择几种典型的海浪谱,计算了它们感应的磁场功率谱以及总功率、功率谱峰值、峰值频率以及等效噪声带宽.     

Ⅱ风浪列率谱的实验研究

利用风浪实验资料,系统地研究了列率谱随风速,风区的演变规律。与频率谱的计算结果比较表明：在主含能频段,特别在峰频附近,两种谱估计方法所得结果基本吻合。但在高频段,特别在二倍峰频附近,两种谱估计方法所得结果存在明显差异。文中就其存在的差异给出了可能的物理解释。     

一种改进的随机起伏海面的仿真方法

根据线性滤波器模型的基本原理,提出了一种改进的基于高阶滤波器的随机起伏海面仿真方法.利用Pierson的半经验海浪谱模型,得到了各种不同风速条件下海面随机起伏的仿真结果,并且对仿真结果进行了比较和讨论,结果表明,利用高阶滤波器方法能更加准确地仿真不同风速下的实际海面、更好地再现随机起伏海面的海浪谱特征.这一方法的提出为海浪的物理模拟实验提供了更为准确的数值计算方法,也为研究目标与海面共存条件下高频地波雷达信号的回波特性提供了更好的数值仿真平台.     

海浪资料的平滑和海浪谱谱矩估计

基于海浪谱估计理论，按谱估计方法导出了离散波面记录平滑处理后的谱形式，并计算了由各阶谱矩表示的谱宽度。指出平滑后的离散波面记录产生了新的随机过程，它们和原离散波面记录的内部结构和外部特征是完全不同的。但高阶矩表示的无因次谱宽度，即ε5=√1-m5^2/m4m6,ε7=√1-m7^2/m6m8几乎不受平滑（N=2，N=3）的影响，和原始谱的对应值相吻合。通过离散波面记录求导处理得波面速度谱，与理论转换得速度谱结果几乎完全一致。     

外观海浪谱的比较和验证

不同于通常意义下的海浪谱(以下简称为“内频谱”),外观海浪谱描述的是海浪能量随外观频率的分布,它可以依据表征海浪外观统计特征的波高与调期联合分布从理论上确定.本文在Huang、孙孚等已有工作的基础上,对外观海浪谱进行了较为深入的研究.首先,纠正了Huang等论文中的某些错误,并将Huang、孙孚等据不同的联合分布导出的外观海浪谱进行比较;然后,分别计算这两种外观海浪谱的前三阶矩,并与内频谱的矩进行比较;最后,用实验和现场资料对从理论上导出的外观海浪谱进行验证.结果发现,当谱宽度v≤0.3时,外观海浪谱矩与内频谱矩差异很小,理论谱形与实测结果也非常接近.因而,在实际问题的应用中,若谱宽度不大,则就可以用本文讨论的外观海浪谱去替代目前从理论上尚不能得到的通常意义下的海浪谱.     

实测海浪方向谱的统计特征

本文根据仪器阵列测量和“９５６”测波浮标获得的个例方向谱资料,分析了不同波场类型的实测方向谱形状;计算了海浪能量圩方向和频率的实际分布;结合实测的风要素,探讨了由台风边缘大风和寒潮大风引起的风浪峰频组成波方向与风向的对应关系。     

双峰谱型海浪的波高和周期分布

本文利用收集到的实测双峰谱型海浪过程资料，把这些资料以波高和周期的相关系数为参数分布５组，讨论每组双峰谱型下波高、周期的统计分布，并探讨了相关系数对波高分布和周期分布的影响。     

胶州湾双峰谱型波浪的统计特征

本文对胶州湾实测双峰海浪谱的资料进行了统计分析和谱分析，探讨了双峰谱型海浪的波要素概率分布及其群性特征，并与单峰谱型海浪进行了比较．最后通过双峰谱的合成波高、周期与实测值的比较，对采用能量迭加方式的式（９）和式（８）进行一些讨论，主要结果列于本文最后一节．     

波峰特征量的统计分布

本文在作者另文数值模拟得到的三维海浪基础上 ,进一步分析给出了三维波峰长度、高度及方向角度等特征量的统计分布。发现考虑海浪的方向性质后波峰分布不再是均匀连续的 ;波峰的长度分布受方向函数影响 ,方向分布越宽 ,波峰的平均长度越短 ,波峰的方向角分布越宽 ;波峰高度和长度在波峰高度较小时有很大的相关性 ,而在波峰高度很大时无关     

南海北部台风海浪谱的双峰性和成长性

本论文通过对南海北部三次台风过境期间基于浮标观测的海浪谱进行分析,发现虽然大部分成熟的台风海浪谱为单峰结构,但实际上在台风海浪的成长和衰减阶段,双峰谱占据了很大的比例。双峰谱的形成主要是由于风浪和涌浪的叠加以及不同波分量之间的非线性相互作用,我们可以通过能量密度的成长率对谱型变化进行高效的预报。此外,台风海浪的主要波向依赖于台风中心相对观测点的位置,而波向的分散情况在相距台风中心较远的区域无明显规律。本文提出了一个新的六参数波浪谱型拟合双峰谱,其拟合效果相较于前人的谱型更好。通过验证,形状参数和谱宽度之间的理论关系依然适用于单个谱峰。通过分析谱参量的变化特征,证明了谱参量不仅与台风强度和台风路径相关,还存在很强的交互相关。最后通过拟合海浪谱数据,本文得到了台风影响下海浪有效波高和有效周期之间的成长关系,这对海洋工程实际应用具有重要意义。     

基于拟层流风波生成机制的海浪谱模型

海浪谱的能量可以视为由具有不同相速度的谐波携带的能量所组成。基于对风波形成、发展过程的认识,认为各组成谐波的能量由谐波自平均风摄取而来,由此根据拟层流模型推导出谐波能量密度的计算公式,建立以等效风速和峰值频率等为基本参数的海浪谱模型——随机Fourier函数模型,并给出了确定谐波频率、波长、相速度、振幅以及等效风速等模型参数的原则和计算方法。在59个实测样本谱基础上,采用随机建模方法确定模型参数的取值及其概率分布。结果表明,海浪谱模型可以很好地预测谱能,所计算的物理谱与实测谱均值吻合良好。     

由模拟波面分析双峰谱型海浪的统计特征

采用目前国际上最新的随机波分析方法,由协方差矩阵的循环嵌套技术,对美国国家浮标44008站2002年6月一典型的双峰海浪谱资料进行谱分析.以实测平均谱为靶谱,对随机波面进行模拟.得到模拟波面估计谱与实测谱极为相近,谱峰及谱峰频率都基本一致.说明利用模拟波面研究海浪具有代表性,它可以反映实测海浪的特征.利用实测海浪谱密度,统计波特征量的周期概率分布,得到理论周期概率密度与估计周期概率密度分布相符较好,且与模拟波面的波周期分布也较好的一致.利用Longuet-Higgins(1983)模型计算了波高-周期联合概率密度分布.得到变换高斯过程计算的波高与周期联合分布与实测情况基本相同,更好地描述了波高-周期联合概率密度分布.