平稳正态过程反正弦定律在海浪谱估计中的应用

“海浪谱”在海浪理论研究和工程应用方面都占有极为重要的地位。它不仅描述了海浪能量相对于组成波频率的分布,而且与海浪外观特征,如波高和周期等,有着固定的联系。许多学者已指出,在一般的条件下,处于“定常”状态的海浪可以近似地认为是正态的平稳随机过程,且具有各态历经性。因而,可以从海浪的一次连续记录曲线中,摘取其     

用波面高度分布的非正态特征反演非线性随机海浪

本文不依据波动的非线性方程,而是利用波面高度分布的非正态特征反演非线性随机海浪.在窄谱条件下,论述了反演的非线性波面、谱及波面极大(小)值分布同现有某些非线性理论结果的一致性,以深水正态海浪过程用浅水非正态特征反演浅水非线性海浪过程及其谱作为算例,并用实测资料检验,结果表明,其同实测值符合较好,从而说明本文方法是可行的.     

随机海浪群性的研究

从随机海浪群因子的定义出发,分别研究将海浪视作正态过程和非正态过程时海浪的群性。研究结果发现按正态过程描述海浪时其群因子的值为常值,而按非正态过程描述海浪时其群因子的值不再是常值,它与海浪的非线性因子及谱宽度参数有关,并随这两个因子变化而变化。文中并给出了海上实测资料的验证结果     

小入射角下海浪后向散射系数不对称性和各向异性分析验证

基于北京遥测技术研究所机载波谱仪实测数据以及ECMWF提供的风场数据,分析了不同风速条件下小入射角海浪平均后向散射系数不对称性与各向异性随入射角的变化特性,并对导致这一现象的原因进行了初步分析。结果表明:小入射角下,海浪平均后向散射系数随入射角增大呈现递减趋势并在18°时达到某一稳定值,之后基本维持不变;海浪后向散射系数不对称性与各向异性均随入射角增大呈现递增趋势,同样在18°增大至某一稳定值,之后基本维持不变;低风速条件下,海浪不对称性和各向异性与风速有关,且风速越大不对称性与各向异性越明显。     

变浅作用下浅水海浪谱的计算

深水海浪向近岸传播过程中,由于变浅作用,其波面高度分布,波谱都发生了变化。本文基于非线性系统的输出和输入间亦存在转换关系,通过波面高度分布函数建立了深水正态海浪过程作为输入和浅水偏态海浪过程作为输出之间的非线性转换关系,导出了深、浅水谱间的理论关系。在假定能通量不变的条件下,提出了一种由已知深水谱和波面偏度计算二维海浪变浅作用下的浅水谱的方法,并对其进行了讨论和检验。     

导管架平台非线性随机响应分析

本文分析研究了导管架平台结构在随机波浪作用下的动力响应问题。采用空间刚架单元建立有限元方程。认为海浪是零均值、平稳、各态历经的高斯过程,波高谱服从P-M分布.利用线性波理论及广义Morison公式计算波浪载荷。计及流体与结构运动之间的耦合,用统计线性化方法处理非线性水动阻尼力。结构的均方响应通过迭代求得。计算了一个总高65m、工作水深55m的平台结构在多种工况下的均方响应,并分析比较了几种不同简化模型所得结果之间的差异。     

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。     

海浪对水下电磁场幅值影响的分析

讨论了海浪波动基本规律,分析了海浪波动对水下接收点电磁场幅值的影响。理论计算表明,这种影响取决于海浪的有效波高和电波穿透深度的比值。在近似正态分布的海浪作用下,水下场强幅值呈现出对数正态分布的规律。海浪波动会造成场强均值增加和场强幅值波动。海浪对场强幅值的影响随着电磁场频率的下降显著地降低。     

变浅作用下的长周期重力波的实验研究

利用大型水槽设计了在由深水到近岸不同坡度处海浪在变浅作用下诱导产生的长周期重力波的实验。正态随机海浪在深水生成并沿斜坡向浅水传播,记录了不同水深处波面高度随时间的变化过程并进行统计分析和谱分析。实验数据分析结果表明,长周期重力波的能量随着水深的变浅而增高,其谱锋频率位于0.2~0.3fp附近,这里fp是深水正态海浪过程的谱峰频率。长周期重力波的能量与入射波的能量比与波面高度分布的偏度密切相关。进一步分析了两种波动的能量谱峰值比和波面高度分布偏度的相关关系,获得了经验关系,为预测近岸浅水长周期重力波提供了科学依据。     

海浪预报知识讲座——第九讲 海浪预报技术及预报方法(2)

第九讲 海浪预报技术及预报方法(2) 半理论半经验海浪预报方法 半理论半经验海浪预报方法常用的有三种:一是特征波预报方法也称有效波预报方法;二是波谱预报方法;三是能量平衡导出谱的预报方法。     

海浪局部频率及波面水质点局部速度的统计分布

根据平稳正态随机过程和Ｈｉｌｂｅｒｔ变换的性质,推导了海浪局部频率及波面水质点局部速度的统计分布,以Ｐｉｅｒｓｏｎ－Ｍｏｓｃｏｗｉｔｚ谱为例进行了讨论。本文的结果为解释与海上结构物ｒｉｎｇｉｎｇ现象产生有关的海浪事件提供了一种可能的参考依据。     

海浪预报知识讲座

第九讲 海浪预报技术及预报方法(2) 半理论半经验海浪预报方法 半理论半经验海浪预报方法常用的有三种:一是特征波预报方法也称有效波预报方法;二是波谱预报方法;三是能量平衡导出谱的预报方法.     

海浪显著波峰高度的分布

依据海浪的线性理论,本文导出了波面与其包络线交点高度的分布,在为窄谱情形时,可以将这种分布视为海浪显著波峰高度的分布,谱宽度所产生的影响可以明显看出。文中对此分布的性质进行了较详细的讨论,验证结果表明理论与实际情形有较好的符合。     

未破碎变浅随机海浪的波面高度概率分布

利用青岛海洋大学物理海洋实验室现代化的大型水槽,设计进行了多种海浪强度下,由深水传入近岸不同坡度水底上的变浅随机海浪的实验.依据实验资料分析结果表明,对变浅非正态海浪过程而言,其波面高度分布取Gram-Charlier级数前3项,所得结果与实验分布符合良好.该分布中σ、λ₃、λ₄3个参量是测点水深和波浪强度的函数,并获得了与无因次参量Hs/d之间的经验关系,为预测变浅随机海浪的波面高度分布提供了可能.     

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.     

最大熵原理与海浪波高的统计分布

将自然界中普遍存在的物理规律──最大熵原理应用于海浪波高的统计分布研究,在两个外部约束条件下,导出了海浪波高服从Weibull分布。借此说明,Rayleigh分布用以描述实际海浪的波高有其物理上的必然偏差,作为一种经验分布经常使用的Weibull分布有着深刻的物理根源。并对依赖于水深的经验波高分布进行了可能的物理解释。     

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,随着海浪观测技尤的进展,从实际资料的分析过程中,发现了海浪要素的分布规律(7)。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论的研究起了重要的作用。     

联合海浪过程的数值模拟

早期,海浪被抽象成一些简单的模式(如正弦波、有限振幅波等等),而加以研究,也得到了许多能近似符合实际的结果。但是,对真实海浪而言,其内部结构和外观特征都是复杂的,且都受着随机性的制约。因此,自五十年代初期开始,人们已广泛地使用随机函数(随机过程)来作为描述海浪的模式。当用随机函数这种模式研究海浪时,海浪谱是一种有效的工具,而如何获得海浪谱便构成海浪研究中重要的问题。海浪谱可以通过多种途径获得,但利用海浪过程的现实(观测记录)求谱是最基本、最可靠的方法,这方面国内外已进行了许多的研究。     

二阶非线性随机海浪波面高度和波面垂直速度的联合分布

基于Longuet－Higgins提出的非线性随机海浪模型，在二阶近似下通过直接计算联合分布的各阶矩，导出了非线性海浪波面高度和波面垂直速度的联合分布。该分布为非正态，其形式为截断的级数，而非由累积矩母函数方法可能得到的渐近无穷级数。由于非线性的影响，波面高度与波面垂直速度不再相互独立。     

二阶非线性随机海浪波高度和波面垂直速度的联合分布

基于Ｌｏｎｇｕｅｔ－Ｈｉｇｇｉｎｓ提出的非线性随机海浪模型，在二阶近似下通过直接计算联合分布的各阶矩，导出了非线性海浪波面高度和波面垂直速度的联合分布，该分布为非正态，其形式为截断的级数，而非由累积矩母函数方法可能得到的渐近无穷级数。由于非线性的影响，波面高度与波面垂直速度不再相互独立。