最大熵法与传统法海浪谱估计的比较

海浪功率谱是描述海浪波面随机过程的基本特征参数，它既可研究海浪能量相对于频率的分布，又可研究海浪波面对外表现的统计规律。因此，准确求出海浪频谱具有重要的实用意义。目前常用的海浪频谱估计自相关法和周期图法，它们都引进一些假设及某种权函数的主观意志。     

黄河三角洲海区的海浪频谱

海浪谱是表征海浪结构的一个重要特性,它不仅能揭示海浪的内部结构,而且还可描述海浪的对外表现特征。对于不规则海浪,人们常用方向谱来描述,目前大多写成 S(ω,θ)=S(ω)cosβθ 式中θ为谱中组成波的传播方向与主浪向的夹角,ω为圆频率,S(ω)为频谱,β为待定系数。 海浪频谱能清楚地指明波能集中的频带,这对海洋工程的波浪载荷计算具有重要意义。显然,用上述形式表示海浪方向谱,关键是得到其频谱。     

风浪槽内风浪外频谱谱形的一些特征

利用实验室风浪槽内测得的波面序列资料估计风浪外频谱。通过与实测风浪内频谱的比较,研究实测风浪外频谱的谱形特征,探讨海浪外频谱与内频谱的相似性问题。此外,还检验一种理论海浪外频谱。     

X波段雷达海面回波谱宽特征研究

海面电磁回波频谱宽度与海浪波高密切相关,可应用频谱宽度进行海浪有效波高反演。本文应用线性滤波法仿真出了海表散射面元在雷达视向上的投影速度,建立了回波谱宽模型,分析了雷达空间分辨率、回波时间序列长度及海洋环境参数等因素对频谱宽度的影响,同时还针对如何在实际观测过程中选择回波时间序列长度、观测方位角等参数进行了讨论。最后还将理论结果与CSIR-X波段雷达实测数据谱宽估计结果进行了比较。结果表明,剔除雷达噪声以及频率泄露的影响后,基于高斯分布标准偏差的谱宽估计方法所得结果与理论结果吻合很好,这从而证明了理论结果的可靠性。本文所得结果对海浪有效波高反演具有一定参考价值。     

论运动坐标系中的海浪谱

基于Galieo变换，导出了运动坐标系与静止坐标系中海浪谱间的关系。由于海浪是频散的，两者间的关系是频率相关的。运动坐标系中的海浪频谱是与静止坐标系中的海浪方向谱相联系的。以文氏谱作为静止坐标系中的海浪频谱，给出了不同速度下运动坐标系中的海浪频谱。     

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.     

基于三阶斯托克斯波的谱估计及海浪数值模拟研究

为了拓宽建立深水非线性海浪频谱模型的研究途径,基于三阶斯托克斯波理论,提出了以改进的三阶斯托克斯波为组成波,以修正的自回归模型(AR)谱估计方法得到的估计谱(简称新谱)为靶谱的非线性海浪模型。通过基于模拟频谱和相位谱反演海浪波面高度时间序列(以下简称海浪时历反演方法)的谱比较方法验证了新谱的优越性,为从根本上解决精确评估海浪谱提供了技术支撑,对于增强未来掌控海战场具有重要意义。     

胶州湾风浪频谱的拟合模式

一、引言海浪谱已成为当今海浪研究的中心问题。自Neumann最先于1953年提出一个风浪频谱表示形式,并用于海浪预报以来,三十多年来,许多海浪研究者一直在致力于求得一个精确和符合实际的海浪谱。其中Pierson和Moskowitz(1964)的充分成长风浪谱、我国文圣常教授所领导的研究组(1966)提出的深浅海波谱、Hasselman等人(1973)提出的受制于风区的JONSWAP谱,在海浪预报、海浪模拟及工程设计中应用较广泛。这些谱和其它一些谱都具有基本相似的形式,其中频率指数为常数和固定     

广东阳西近岸海域海浪谱分析

根据广东阳西近岸海域测站1a实测共4 949组的原始随机波面观测记录,用自相关函数法和快速傅里叶变换法进行谱估计,得到波谱各特征参数,并与实测波面统计的特征值进行比较,经分析,选用快速傅里叶变换法估计研究海域的实测谱,对粗谱进行平滑和分析,筛选出研究海域海浪的样本谱498个,将平滑后的谱形无维量化,得到广东阳西海域海浪无维量平均谱曲线并求出对应谱参数,计算得到谱峰频率f0为0.121,特征频率μ10、μ20分别为1.929、2.733,谱宽度ε、ν为0.83、1.39.采用5种理论频谱模式对实测无维量谱进行拟合,根据拟合结果推荐γ=1.920 5的JONSWAP谱或者b=5.7、δ=6.0、k=0.5的莆田谱作为广东阳西近岸海域的海浪谱型,对该海区的工程建设、海浪预报警报和海浪理论研究具有较好的参考作用,对我国其他类似海域也有一定的参考价值.     

数值模拟波浪的外观海浪谱

近十几年来,波浪的数值模拟已在国内外进行了深入研究,并得到了广泛的应用。本文拟由电子计算机产生的人为数字——模拟波面,估计出模拟波浪的外观海浪谱。计算表明,数值模拟波浪的外观海浪谱也具有与实测海浪的外观海浪谱类同的一个特征,即,它们各自的外观海浪谱与靶谱在谱形上颇为相近。因此,又从另一个侧面证实,     

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.     

传统方法估计海浪频谱质量问题的讨论

一、问题的提出我国《海洋调查规范》(1975)的“海浪频谱的分析”节中,曾规定了传统频谱估计方法的一些参数,例如采样步长是0.5,0.75,1秒;自由度是50～60等等。由于当时海浪资料的限制,只比较了谱窗对谱质量的影响,规定自相关法采用Hamming窗是最佳,周期图法采用矩形窗。在这窗函数下进行谱估计时,步长的选取,自由度的确定,只分析少数几组资料,故这些参数确定是参阅了Wilson(1970)和Kinsman(1965)等文献。因此,这些     

海浪外频谱的一种表示

基于孙孚提出的海浪波高与外观频率的联合概率分布及海浪能量的外观分布概念，定义了一种新的外观分布，导出了其外频谱的解析形式，并讨论了它的一些性质。结论表明，本文提出的外频谱在高频处比例于外观频率的负4次方，与通常海浪频谱的高频特征相同，但不同于孙孚导出的负5次方的结论；二阶矩与海浪频谱的二阶矩完全相同，此结论亦与孙孚导出的结果不同。     

现代海浪功率谱估计的改进算法

海浪谱是随机海浪的一个重要统计性质,它不仅包含着海浪的二阶信息,而且还直接给出了海浪组成波能量相对于频率和方向的分布。谱方法已经成为研究海浪及其有关问题的有力工具。文中主要参照现代谱估计中的THREE谱估计方法,对基于Kullback-Leibler度量的随机信号的功率谱估计方法中优化参数的求解算法进行了改进,并与基于Hellinger度量的谱估计方法进行了比较。通过数值模拟和谱分析证实基于这两种度量的功率谱估计算法都能有效地避免谱线分裂和谱峰偏移现象。     

风浪波高和周期的联合概率密度分布

本文采用有代表性的44008美国国家浮标站2003年1～3月实测的海浪谱密度资料,选取三次大风过程进行风浪谱分析。通过对实测平均海浪谱与PM谱、JONSWAP谱及Torsethaugen谱的比较,得到PM谱拟和最好。然后用国际上最先进的随机波分析方法,根据协方差矩阵的循环嵌套技术,以实测平均谱与PM谱为靶谱,对随机波面进行模拟。得到由模拟波面统计的特征值及估计的谱与实测谱结果极为相近,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Longuet-Higgins(1983)模型计算波高-周期联合概率密度分布,得到变换高斯过程计算的波高、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。     

海浪方向谱的初步分析

一、前言随着海洋资源的开发利用和海洋观测技术的不断更新,海浪方向谱的研究日益受到重视.海浪方向谱,由于它能同时描述海浪能量随频率和方向的分布,故已成为合理计算海上水工建筑物作用力的可靠依据.特别是方向谱能给出不同方向组成波的能量变化,更有助于了解海浪的细微结构及其产生过程.因此,海浪方向谱的研究不仅直接关系到海洋工程的投资效益,而且对海浪生成机制的研究也有重要意义.     

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.     

基于GPS高频数据的海浪测量方法

研究了基于GPS高频数据进行海浪测量的方法。利用TRACK解算得海上载体高精度的垂向位移,经浪潮分离提取海浪信号,分别采用相关函数法和周期图法估计海浪信号的功率谱,并计算海浪要素。利用实测数据进行试验,结果表明,周期图法推算的平均波高和平均周期精度较高,与测波仪结果差异分别小于2cm和0.25s,基于GPS高频数据的海浪测量方法可有效反演海浪要素。     

X-波段雷达近海海浪频谱反演的神经网络模型

X-波段雷达作为国内海浪观测的一种新工具,在海浪频谱获取和有效波高反演方面仍存在较多问题.本文利用非线性回归方法,将现场实测浮标数据频谱和雷达一维图像谱分别与标准频谱模型进行拟合,发现浮标频谱和一维图像谱具有标准频谱的特征,能够较准确地获取相应的谱参数.提出了建立由雷达一维图像谱参数反演海浪频谱参数的神经网络模型,同时在模型中加入影像序列信噪比,进而反演有效波高,并将反演结果与现场实测数据和传统算法(建立影像序列信噪比与有效波高之间的线性回归方程)进行了对比,结果表明,获取谱参数的误差和反演有效波高的平均误差在20％以内,而传统算法计算有效波高平均误差在20％以上.     

畸形波形成的海浪要素特征数值分析

从典型的畸形波事件"新年波"出发,以ECMWF中期再分析风场作为驱动风场,采用WAVEWATCHⅢ海浪数值预报模式模拟畸形波发生海域的海浪场。通过对模拟的海浪要素分析表明,畸形波发生点在发生时刻的风速、波高、波陡处于极大值,波浪周期较长,谱峰频率、方向展角处于极小值;畸形波发生点在发生时刻的海浪谱是单峰谱,谱型尖窄,大部分波浪能量都集中在很小的频率范围内,分布在一个小的范围内,传播方向比较集中。