烟台海域海浪各种波高间关系的探讨

一、前言波高是海浪的主要因素,根据各方面的需要,波高可分为最大波高(Hm),十分之一大波波高(H1/10),有效波高(H1/3)和平均波高(H),各种波高之间存在着密切的关系。《海滨观测规范》中已介绍Hm与H1/3和H1/10与H1/3的经验关系式,但对各海区由于地理地形等特殊条件影响,海浪各种波高之间关系与规范介绍的经验关系式有多大差异尚无定论。本文利用实测资料就烟台海区各种波高之间的关系进行一些探讨。     

西太平洋8708号台风海面风、浪结构及其关系的遥感研究

本文以Geosat卫星高度计1987年8月11日在西太平洋海域上的-上升轨道测得的风、浪资料为基础,统计分析了8708号台风影响下的海面风速和海浪特征.结果显示,此次台风影响下的海面风速和海浪波高的空间分布具有相对台风中心近似对称的结构特征,但在台风内区,台风移动方向的右方风速较左方风速增加较快,同时在台风外围,右方风速较左方风速衰减也较快;有效波高没有明显的内、外区结构,且左、右方波高随距离变化也呈不同的衰减率;风速与有效波高的关系在台风中心左右也呈现明显的不同;本文给出了台风的风速及波高随相对台风中心距离变化的经验关系式,以及合风风速与波高的经验关系式等.     

海浪波高序列的Cauchy统计模式和分式统计模式

根据海浪波高序列的长期相关性和自仿射分形结构,本文提出了两种新的波高序列模式:Cauchy统计模式和分式统计模式.前者将实测的有限个波高值作为Cauchy初始条件,应用自仿射定理对波高序列今后的取值在统计意义上作出预报;后者适用于在计算机上模拟海浪波高的统计特性.应用实测资料对模式的检验结果表明,上述两种模式在预报和模拟海浪波高序列时均能达到较高的精度;它们为海洋工程设计人员提供了有力的手段.     

The temporal and spatial variations in the Pacific wind and wave fields for the period 2002–2011

本文利用第三代海浪模式（WAVEWATCH III）分析了2002-2011年太平洋风速和海浪场的时空变化特征。首先,使用浮标观测数据对模式模拟的有效波高结果进行验证。结果表明模式可以有效地后报太平洋的有效波高。模式偏差较大的区域为中低纬度地区。随后将太平洋分为多个子区域,分别讨论了其风速和有效波高的时空变化特征。多年平均太平洋风速和有效波高存在类似的纬向分布特征,各子区域之间风速和有效波高的季节变化存在差别。模式刻画的太平洋有效波高年际变化最大的区域为南半球中高纬区域。进一步,我们研究了波浪能量的输入与耗散。相应的源函数项的各区域平均值显示了量化的表面波的变化。最后,对日平均的风速与有效波高值进行功率谱分析寻找序列的显著周期。结果表明有效波高时间变化对应的频谱和风速谱具有一定的差异。     

上海沿海有效波高和最大波高关系分析

运用线性回归方法,对上海沿海5个浮标站逐时的有效波高和最大波高观测资料进行分析,建立了这两种波高的回归方程,获得了估计最大波高的客观方法。对5个浮标站,一元一次回归方程都能很好地反映最大波高和有效波高的关系。最大波高通用回归方程对长江口船标资料的试报结果较好,平均绝对误差仅为0.1 m。WW3海浪模式对5个浮标站的有效波高预报与实况比较接近,利用该模式的有效波高进行最大波高的预报,预报最大波高与实测最大波高具有较好的相关性,5个浮标站平均误差最大为-0.17 m,最小为-0.05 m,平均绝对误差都为0.4 m,结果比较理想。     

南麂站定常波风浪波高与风速的经验关系

本文以南麂海洋站１９８３～１９９０年风、浪的实测资料为依据，建立了南麂海城春、夏、秋、冬季定常波风浪波高与风速的经验关系式。检验结果表明，曲线回归显著，计算值与实测值吻合良好。文中还对偏ＮＮＥ向和偏ＳＳＷ向计算波高随风速增大的快慢，同一方向在同一风速作用下计算波高的季节变化及其机理作了初浅的讨论。     

规则波作用下簇状沉水植物群消浪特性实验

在理论分析的基础上通过物理模型实验探究了规则波与簇状沉水植物群的相互作用。结果表明,植物群沿程波高衰减规律在多数情况下与Kobayashi指数形式和Dalrymple幂函数形式波高衰减理论模型吻合较好,少数情况下波高衰减集中在植物群后半部分,与上述理论模型并不一致。在植物淹没度等于0.4条件下,植物群沿程波高出现较多壅高现象,且相对壅高值随入射波高的增大而减小;植物群的规则波透射系数变化情况与入射波周期、相对波高、植物淹没度以及植物分布密度等因素相关。当入射波周期等于1.0 s时,透射系数随相对波高的增大而减小,周期大于1.0 s时,透射系数随相对波高的增大出现较强的波动性。本文提出了规则波透射系数与水动力因素及植物因素之间的关系式,得到了近岸簇状沉水植物群消浪特性的基本认识,为采用近岸植物消波护岸提供一定的理论依据。     

神经网络方法对海浪有效波高数值模拟的改进

结合东北太平洋浮标资料,使用神经网络模型对WAVEWATCHⅢ海浪模式模拟的有效波高进行训练模拟,并与增加风场作为输入项的神经网络模型作了对比分析。通过分析浮标观测资料、WAVEWATCHⅢ数值模式和神经网络模拟的海浪有效波高大小,可以看出使用神经网络结合数值模式能够较好地提高有效波高的模拟精度。     

H—△f方程与海浪不破碎最小周期表及其应用

本文由海浪基本原理和重力加速度测波原理,给出了波高与测量的输出频率的关系式即所谓H—△f方程,又由海浪不破碎与周期间的关系,给出了海浪不破碎最小周期表,并指出了它们的各种实际应用。     

基于Jason-1和Jason-2卫星资料的中国东部海域海浪模拟结果的检验

利用Jason-1和Jason-2卫星高度计资料对WAVEWATCHⅢ模式模拟的2009—2011年中国东部海域模拟海浪场进行全海区逐年检验、分海区检验和全海区逐月检验,并进行了模拟波高与实测波高的差值概率密度分析。结果表明:虽然WAVEWATCHⅢ模式能较好地模拟中国东部海域海浪的分布和演变,全海区模拟波高平均相对误差小于18.5%,但模式对波高的模拟精度存在空间性和季节性差异。东海模拟误差小,相关系数高;黄、渤海模拟波高偏小,渤海误差较大。模拟误差春、夏大,秋、冬小。模拟波高与实测波高相比,冬季略偏大,春、夏季偏小。     

基于WWATCH模式和高度计数据的几内亚湾海域海浪的数值计算

我国与非洲国家的经济往来和能源合作日益密切,研究几内亚湾及其附近海域海浪特点对此具有重要意义。将第三代海浪数值模式WWATCH模式应用于几内亚湾及其附近海域,以美国国家环境预报中心(NCEP)的再分析风场资料作为模式输入,对该海域2004年的海浪场进行了数值计算。利用计算结果分析了2004年2月和8月几内亚湾及附近海域的海浪特点,将模式计算的有效波高与Topex/Poseidon高度计观测的有效波高进行对比,结果表明,模式有效波高的大小和变化趋势与T/P高度计有效波高具有良好的一致性,其中在深海海域计算效果好于浅海海域。     

三阶海浪波高分布及其应用

在三阶海浪非线性波高分布模式的基础上，引进描述分布函数结构形式的重要统计量，即概率分布的离差系数与偏差系数。给出这两个统计量与非线性控制参数之间的解析关系式，从而给出了反映风浪不同状态下的波高分布特征。与传统的瑞利分布相比，本文的结果有更广泛的实用意义。并把理论结果应用于黄河口波浪统计学的研究。     

西北太平洋夏季海浪数值模拟研究

为了解第三代海浪模式SWAN在西北太平洋海浪模拟效果,利用2013年7月期间Jason-2卫星高度计观测资料,通过计算模拟值和观测值的绝对误差、均方根误差和进行逐日统计、分级统计、一次台风过程的统计,对FNL风场资料驱动SWAN模式的西北太平洋海浪数值模拟有效波高进行了检验。检验结果表明,模式对较小波高模拟效果较好,模拟波高与实测值误差在可接受的范围之内,可满足业务化预报的要求,但对较大波高的模拟存在一定的误差,且驱动风场的精细化水平直接影响模拟效果。     

三阶海浪波高分布其应用

在三阶海浪非线性波高分布模式的基础上，引进描述分布函数结构形重要统计量，即概率分布的离差系数与偏差系数。与偏差系数。给出这两个统计量与非线性控制参数之间的解析关系式，从而给出了反映风浪不同状态下的波高分布特征。与传统的瑞利分布相比，本文的结果有更广泛的衫意义。并把理论应用于黄河口波浪统计学的研究。     

基于海浪谱分解与重构的资料同化试验

针对有效波高资料提出一种海浪谱分解与重构的资料同化方案:利用历史时段内的有效波高观测资料和模式计算波高场,采用最优插值方法得到分析波高场;在WAVEWATCH-Ⅲ模式的波浪能量密度谱和有效波高分析值之间引入一个变异系数矩阵,描述模式的误差,以此为状态向量构建卡尔曼滤波系统,对分解过的海浪谱进行修正和重构,得到同化后的海浪谱初始场。利用美国阿拉斯加湾北部海域的7个浮标站进行同化和72 h预报试验,对连续1个月的预报结果进行统计表明:采用该同化方案后24 h预报结果的有效波高均方根误差比未同化的结果降低了0.13 m;同化方案对预报效果的影响可持续36 h左右,随着预报时效延长,同化的效果减弱。     

台湾附近海域超强台风南玛都期间风暴潮对海浪影响的数值研究

采用海浪模式(Simulating Waves Nearshore,SWAN)与风暴潮模式(Advanced Circulation Model,ADCIRC)的耦合模式,模拟研究了2011年第11号超强台风南玛都期间,风暴潮对海浪的影响。通过对比耦合模式和非耦合模式模拟结果,发现对于该超强台风过程,台风中心附近的大浪区内风暴潮对海浪有显著影响:在台风中心沿前进方向的右前方,风暴潮使海浪波高减小;在台风中心和台风中心的左后方,风暴潮使海浪波高增大。台风进入台湾海峡之前,风暴潮对海浪波高的最大影响为10%左右;进入台湾海峡后,受地形和潮汐潮流的影响,海浪波高受到的最大影响增大到25%左右。上述结果对台风期间的海浪模拟有一定参考价值。     

西北太平洋浪流相互作用对有效波高的影响研究

西北太平洋强流区会对海浪的特征和分布产生显著的影响,尤其是研究台风过程中海流与海浪的相互作用具有重要的研究意义。本文以ROMS海洋模式和SWAN海浪模式为基础,构建了浪流耦合模式系统,对2013年10月6-17日间的台风“丹娜丝”、“百合”、“韦帕”过程中西北太平洋浪流相互作用中海流对有效波高的影响进行了研究。通过对比模式模拟有效波高与浮标观测资料,发现耦合后的有效波高比非耦合结果更接近观测值,耦合模式中海流的存在对有效波高的分布有明显的影响。研究表明,特别是在有效波高峰值处,海流引起的有效波高增大最大可达1 m。海浪浪向及流向的空间分布以及中国近海浮标处浪向与流向的时间序列表明,流向与浪向反向时,海流的影响造成有效波高增大;二者同向时,有效波高减小。海流对有效波高的调整会沿着海浪传播的方向传播相当一段距离。在西北太平洋的海浪场计算中,引入海流的耦合模式计算结果对改善强流区海浪预报具有重要意义,并且海流的模拟精度对于高精度的海浪预报非常重要。     

利用马尔可夫链理论建立波高相关性模式

以台湾海峡之国光钻油平台上新竹海气象浮标的有效波高为分析对象，通过移转机率矩阵建立马尔可夫链波高相关性模式，研究结果显示，利用马尔可夫链相关性模式推估之波高的不确定程度低于传统回归相关分析所得，而波高之估算误差受当时海况影响，在恶劣的海况下，本文模式之推估误差低于20%。     

黄河三角洲区域的波流相互作用数值分析

将三维水动力-生态模式COHERENS与第三代波浪模式SWAN结合起来,采用该耦合模式数值计算了黄河三角洲的波浪特征波高与特征周期情况,从而探讨水流和波动水位对波浪特征波高和特征周期计算结果的影响。总的说来特征波高、特征周期、流速的计算结果与观测值吻合得较好,说明了COHERENS模式和SWAN模式相结合而成的波流耦合模式能够较好地计算黄河三角洲地区的流场与浪场情况。研究这些动力因素的机制和时空变化规律,对于研究海岸、河口的泥沙运动,海岸侵蚀的机理,合理开发利用自然资源,防止海洋灾害具有十分重大的意义。     

海洋特征波高和周期的长期联合分布及其应用

通过对一些仪器测波站长期资料的分析,研究在给定波高下周期的条件特征值的变化规律,认为其条件平均值和条件标准差随着波高的变化可用线性回归式表示,从而提出一个海洋波高与周期的长期联合分布的经验模式,它比Ochi提出的二元对数正态模式要好 对于这一分布模式的应用,文中举出了估算极值波周期的示例。