表面粗糙度对海浪成长率的影响

本文在Miles准层流风生波模型基础上，引入表面粗糙度滑波面不均匀分布的线性模型，通过不稳定性分析，导出了平均压力随表面粗糙度变化和海浪成长率之间的关系，表明表面粗糙度的不均匀分布是影响海浪成长率的一个重要因素。     

热带气旋下海浪对大气向海洋输入的动量和能量的影响

海浪不仅决定着海洋表面的粗糙度,由热带气旋引起的海浪,还通过其发展演化控制着大部分的海气之间的动量和能量传递。本文采用热带气旋观测数据IBTrACS和海浪模式WW III的模拟结果探究了热带气旋下海浪对大气向海洋输入的动量和能量的影响。结果发现,近30 a热带气旋的强度约每10 a增加 1 m/s,但移速没有明显变化。热带气旋的强度越大,从大气输入到海浪和从海浪输入到海流中的动量之差和能量之差也越大。由于热带气旋的风场和海浪场都有较强的不对称性,海气动量差和能量差也表现出非均匀分布:动量差较大的区域在热带气旋移动方向的后方,能量差的最大值则分布在右后象限,且二者均为左前方比较小。逆波龄与动量差和能量差呈高度正相关,相关系数约为0.95,说明波越年轻吸收的动量和能量越多。气旋移速越快逆波龄越大,且热带气旋移动速度与动量差和能量差呈正相关,相关系数在0.8以上。因此,海浪影响着大气向海洋输入的动量和能量的分布和大小,在以后关于海洋边界动力学和热力学的研究中,考虑海浪的演化可能会使结果更加准确。     

大气-海浪耦合模式对台风“碧利斯”的数值模拟

本文将海表粗糙度作为耦合大气、海浪模式的重要因子,实现中尺度大气模式MM5(V3)和第三代海浪模式WAVEWATCHⅢ的双向耦合,建立充分考虑大气、海浪相互作用的大气.海浪耦合模式.将该大气-海浪耦合模式应用于对0604次台风"碧利斯"的数值模拟,在耦合模式中引入Smith92海表粗糙度参数化方案,探讨其对台风和台风浪的影响.研究结果表明,大气-海浪耦合模式能够抓住台风过程的总体特征.Smith92海表粗糙度参数化方案对台风路径影响不大.但在台风系统强度的模拟上影响明显,采用Smith92方案使得台风系统强度显著增强,对台风系统强度的模拟有明显改善.同样,大气-海浪耦合模式能够很好的模拟台风过程中海浪的传播和演变.采用Smith92方案使得海面有效波高明显增高,对海面有效波高的模拟有一定程度改善.因此,在大气-海浪耦合模式中恰当的选择海表粗糙度参数化对改进大气-海浪耦合模式的模拟效果是很有意义的.     

有限区域大气-海浪耦合模式的建立及海表粗糙度参数化试验

利用LINUX操作系统下的进程通讯(IPC)技术将中尺度大气模式MM5(V3)与第三代海浪模式WW3进行双向耦合,建立考虑大气-海浪相互作用的风浪耦合模式,在耦合模式中引入3种海表粗糙度参数化方案,通过对一次热带气旋过程的模拟,研究大气-海浪相互作用对热带气旋系统的影响及耦合模式对海表粗糙度参数化方案的敏感性。结果表明:LINUX系统下的进程通讯技术可以方便有效地实现大气和海浪模式的双向耦合,模式运行稳定;耦合模式能够较好的模拟热带气旋的发展和演变过程及其影响下海浪场的分布和演变,模拟结果对海表粗糙度参数化方案较敏感;海浪的反馈作用同时影响了海气间的动力和热力作用过程,不同的海表粗糙度参数化方案下,海浪对两种作用过程不同的影响程度决定了其对气旋系统强度的影响。     

浅海环境下溢油海面的仿真

在考虑水深因素的条件下,提出了一种适合于浅海环境下溢油海面的仿真方法,利用TMA谱模型和Marangoni溢油理论模型,计算有限水深下溢油海面的海浪谱;然后根据海浪的色散关系和Longuet-Higgins海浪模型,计算有限水深下溢油海面的铅直位移;并分析了Kitaigorodskii深度函数的特性。仿真结果表明,有限水深下海面的铅直位移比深水的小,而有限水深下溢油海面的粗糙度要比有限水深下和深水清洁海面的都小,结果与Marangoni溢油理论模型相吻合。     

用MC算法优化基于SPH的海浪粒子模型

结合风浪场复杂的动力学、时空特性以及对目前海浪仿真方法的研究总结,针对海浪仿真模拟中存在的真实感不足,难以模拟海浪破碎等问题,根据流体的物理特性,采用光滑粒子流体动力学(SPH)的方法实现了海浪的动态演变仿真。然后针对基于SPH方法的海浪粒子模型存在的离散性和真实感较差的问题,采用一种基于移动立方体法(MC)的海浪运动的自由表面抽取算法,完成了海浪场的表面建模,优化了基于粒子系统的海浪模拟效果。实验表明,用MC算法优化的方法既满足了海浪动态演变的仿真要求,又使水体模型更加连贯,更接近真实水体效果,优化效果较为明显,是综合利用体绘制与面绘制法实现三维可视化模拟的一次成功的探索。     

一定厚度的油膜对海浪的抑制模型研究

本文结合海浪谱的作用量平衡方程,给出了一定厚度油膜对海浪的抑制模型,该模型不仅与油膜的物理参数有关,而且与环境参数有关。文中开展了抑制比对这些参数的敏感性分析,数值模拟结果表明:动力学粘性,表面/界面弹性、油膜厚度、油膜覆盖率等参数对抑制比的影响较大,但油膜的其他物理学参数如:密度、表面/界面张力,表面/界面粘度几乎对抑制比不产生影响;而且,文中还发现风速和风向对抑制比的影响较大。一般情况下,油膜对雷达回波信号的抑制,只需考虑油膜对海浪的抑制作用;但对厚乳化溢油而言,还应考虑到介电常数的减小对雷达回波信号的抑制。将本文建立的抑制比模型所得结果与墨西哥湾溢油事故期间的15景ENVISAR ASAR影像所得抑制比结果进行了比较。     

关于海浪ARMA模型的研究

本文研究了用ＡＲＭＡ模型描述海浪运动的数学模型。通过ＡＲＭＡ模型的参数估计，给出了描述海浪运动的ＡＲＭＡ模型，利用仿真数据进行了拟合检验。结果表明：本文提出的海浪ＡＲＭＡ模型是一种非常理想的数学模型，且适于在线递推运算，便于工程应用。     

基于三维海浪模型的海浪感应磁场模型研究

目前海浪磁场模型大都是基于Longuet-Higgins海浪模型推导的,不能描述主海浪以外扩散谐波产生的磁场。为了更好地分析三维海浪感应磁场的空间分布规律,文中基于三维不规则短峰波海浪模型,从电磁场基本理论出发,推导出了海浪矢量感应磁场模型,并在该模型的基础上,仿真分析了海浪感应磁场空间分布特性。     

深水波浪破碎与气体交换速率之间的关系

表面更新理论给出气体交换速率k与海面附近的海水湍动能耗散率呈1/4次方关系,而波浪能量耗散率Dt与湍动能耗散率密切相关。本文利用两种海浪谱耗散模型——Hasselmann模型和Phillips模型,结合深水浮标海浪频谱的观测数据计算了波浪能量耗散率。以前人给出的k与海面上10m高度处的风速U10关系式的平均值为标准,采用最小二乘的方法得到了k与Dt的经验关系。在此基础上,进一步利用SWAN和WAVEWATCHIII海浪数值模式计算了理想深水情况下的波浪能量耗散率,探讨了由海浪模式计算的波浪能量耗散率与气体交换速率之间的关系。结果表明,与SWAN模式相比,WAVEWATCHIII海浪数值模式结果与实际观测更为接近。     

海浪预报三维动画计算原理与制作方法

研究了基于线性海浪模型制作三维动画海浪预报产品的制作方法,并制作了首个三维动画海浪警报产品.基本步骤为:由线性海浪模型生成一系列不同波高和波长的二维海面高度场,以及这些波面高度场对应的反光系数场;根据海浪预报图中波高的空间分布情况将不同波高的波面高度场拼接成复合的波面高度场,同时拼接出与之对应的复合反光系数场;由复合的...     

南海北部海域波浪特征的卫星遥感研究

卫星高度计可获取有关海南流浪和粗糙度的信息，并可给出较高精度的海浪有效流高值。以１９８８年ＧＥＯＳＡＴ高度计资料为依据，研究了分析南海北部海域的有效波高特征，并与常规断面调查所得结论作了比较分析。     

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。     

非线性海浪波面斜率的概率分布和白浪覆盖率的计算

依二维非线性海浪模型,在三阶近似下,利用特征函数展开技术和直接求矩的方法,导出了波面斜率的概率分布。据此分布,利用极限表面斜率判据,给出了白浪覆盖率的一个解析模式。该模式依赖于3个参量,这3个参量可由线性意义下的海浪波数谱及三类波-波相互作用所确定。     

福清湾港口工程中海浪要素的分析研究

本课题对福清湾的海浪要素进行了较系统的研究，并在几个方面对海浪的极值估计问题进行了专门探讨。一是选用基于文氏海浪理论谱原理的波浪折绕射联合模型方法分析外海海浪在福清湾水域传播的衰减程度，其次是采用新订正的浅水风浪公式分析湾内有限风区的浅水风浪状况，同时也对这一海区的实测海浪特征进行综合分析，以便能够使港口工程规划和设计部门对福清湾的海浪影响程度有较全面的了解。     

风浪状态对海面粗糙度影响

风浪状态参数常用于对海面粗糙度的参数化。中等风速条件下考虑风浪状态参数影响的海面粗糙度参数化方案常存在自相关效应,本文通过分析实测数据得到了无量纲粗糙度随波陡变化的参数化方案,该方案能够有效去除自相关效应;高风速下风浪状态对海面粗糙度仍存在影响,文中基于新得出的中等风速下的海面粗糙度参数化方案,考虑海面飞沫悬浮层的影响,建立了适用于高风速条件下的海面粗糙度参数化方案,该海面粗糙度方案同样考虑了波陡的作用,将该方案计算出的理论值与实测数据进行比对,发现随着波陡的变化,理论值基本涉及测量值的覆盖范围,说明新建立的高风速条件下海面粗糙度方案对海面风浪状态具有较好的敏感性,且该方案能够较合理地描述海气界面之间动量传输。将新提出的适用于高风速下的海面粗糙度方案加入到海浪数值模式中,模拟飓风Ivan产生的台风浪,利用浮标数据进行验证,结果显示模拟的有效波高相对模式默认方案具有较高的精度,说明采用本文新建立的适合高风速的海面粗糙度方案能够改进海浪模式的台风浪有效波高模拟结果。     

关于固定点波面海浪模型的理论研究

固定点波的海浪模型对研究船舶操纵与控制是十分必要的.皮尔逊(Pierson)在1952年最先利用谱来描述海浪并提出固定点波面的一种运动模型,即海浪模型[1,2].     

近岸海浪几种数值计算模型的比较

除了统计模型，目前可用于近岸海浪计算的主要模型基本上可以分为Boussinesq方程、缓坡方程、能量平衡方程三大类。本文在对这三类模型作简要介绍的基础上，对它们用于近岸波浪计算各自存在的优缺点作了较为详细的比较，然后综合这三类模型的优点，根据目前我们所掌握的一些先进的海浪计算方法，提出一种比较实用的计算模型。     

海浪周期的统计分布

海浪为自然界中的一种复杂现象,从表面看来几无规律可言。但是,随着海浪观测技术的进展,从实际资料的分析过程中,发现了海浪要素的分布规律。随后,对海浪要素统计规律进行研究者愈来愈多,而且所得的结果对海浪理論的研究起了重要的作用。     

基于海浪谱的海浪视景仿真技术

海浪的视景仿真有重要的应用背景与军事意义。文中围绕如何解决海浪的实时视景仿真问题,讨论了基于海浪谱的不同浪级波面的仿真模型,并讨论了海浪的实时视景仿真实现技术。这些模型与技术对于提高海浪仿真实时性与真实性有一定的参考价值。