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。     

海浪谱型对最大波高估算的影响研究

无论是对于各种涉海水工建筑物的设计还是对于它们的防护而言,最大波高的预测都是非常重要的工作。目前常用的海浪预报模式多以相位平均模型为主,其能直接给出的计算结果是海浪谱,因此基于海浪谱给出合理的最大波高估算具有重要的意义。前人对波陡、谱宽等参数对最大波高公式的影响都有了较为清楚的认知,然而相关研究大多围绕单峰谱开展,尚没有考虑包括双峰谱在内的海浪谱型最大波高公式的影响。本文首先探讨了海浪谱对最大波高的影响特性,进而提出了海浪谱谱型的参数化定义,最后给出了考虑谱型因子的最大波高公式。     

海浪的动态视觉仿真

对海浪液面位移模型的建模方法进行了研究,利用Phillips谱分析方法,建立了受风场和海底地形等因素影响下的海浪波面位移模型,提出了2D FFT的优化方法,提高了计算机的执行效率,解决了海浪数字仿真中的动态数据生成问题,并最终实现了不同分辨率海浪模块的拼接和渲染。     

未破碎变浅随机海浪的波高统计分布

利用青岛海洋大学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模型实验。依据实验资料统计分析结果表明：对近岸变浅随机海浪而言,其波高分布不再符合Ｒａｙｌｅｉｇｈ分布,与Глуховский的经验分布也有差异,它不仅与参量Ｈ＊＝Ｈ／ｄ有关,且与表征深水海浪的波形特征量Ｈ０／Ｔ２０有关,并获得其经验关系,为实验应用变浅随机海浪的波高统计分布提供了可能。     

海浪同化预报模型理论基础

将共轭变分同化方法应用于LAGFD－WAM海浪数值模式，导出了海浪谱能量平衡方程的共轭方程以及风输入、破碎、底摩擦、波波非线性相互作用和波流相互作用的相庆共轭源函数，建立了海浪同化模型，数值计算仍采用特征线嵌入计算格式，为合成孔径雷达波谱反演资料和卫星高度计有效波高资料同化奠定理论基础。     

基于SAR海浪方向谱的中国海海浪特性研究

基于Hasselmanns提出的SAR反演海浪方向谱的MPI算法,对2003-2012年间的中国海Envisat ASAR波模式数据进行了海浪方向谱反演。统计由反演的海浪方向谱得到的海浪有效波高数据,依据海浪浪级的划分,分析了中国海海浪浪级的分布特点,获得一些有参考价值的结果:(1)中国海3-4级海况的年出现概率最高,达85%;(2)中国海累月不同浪级的海浪出现概率分布符合高斯分布函数:f(x)=a*exp(-((x-1-b)/c)^2);(3)分析上述高斯分布函数的拟合系数a、b、c,发现其分布也有一定规律性。同时应用反演得到的海浪有效波高、平均波周期、平均波向等数据,分析了中国海的海浪时空分布特性,得到一些可供参考的结果。     

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。     

利用X波段雷达提取海浪信息的分析

利用X波段雷达海浪信息提取系统,通过对龙口屺姆岛海域岸基试验数据分析,获得了有效波高、主波频率、主波波向等海况参数,并和该区域的浮标数据进行了比较分析,结果表明利用X波段雷达系统能够有效地获得海况信息。     

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。     

基于最大熵原理的非Rayleigh海浪波高的统计分布

在最大熵原理的基础上,通过解一个条件变分问题导出一种适用于描述非Rayleigh海浪波高H统计分布的概率密度函数f4(H)=αHγe-βH4,并将其参量α,β,γ以H的1～4阶分布矩(Hm=m=1,2,3,4)显式地表示出来.用实验室风浪槽中不同风速下和不同风区处实测的36组风浪波高数据对上式进行验证,并与至今仍被广泛应用的瑞利波高概率密度函数加以比较.结果显示瑞利概率密度函数显著的偏离实验数据,而上式则与各组实测波高分布均符合良好.     

基于COS-2S模型的ADCP海浪方向谱估计

美国RD公司声学多普勒流速剖面仪(ADCP)使用的波向估计算法是迭代的最大似然算法(IMLM),IMLM可以准确估计出主浪向,但波向估计结果在主浪向以外其他方向上存在由噪声带来的能量分布,使得估计结果变得不准确。设计了基于COS-2S模型的波向估计方法,模型中只含有主波向,算法在准确估计主波向同时有效去除其他方向上噪声带来的能量分布。将一种混合遗传算法(HGA)代替遗传算法(GA)应用到波浪模型的参数求解中,HGA相对GA收敛更快,可有效找出全局最优解。仿真分析和实测数据表明,HGA和IMLM都能准确估计出波浪的主浪向,但HGA可有效去除主浪向以外其他方向上噪声带来的能量分布,HGA比IMLM更加适用于海洋各种噪声存在条件下的测量环境。     

An Implicit Coupled 1D/2D Model for Unsteady Subcritical Flow in Channel Networks and Embayment

In this study, 1D and 2D shallow-water models were coupled to simulate unsteady flow in channel networks and embayment. The 1D model solved the 1D shallow-water equations (St. Venant) using the Preissmann box method and targeted long narrow reaches of the river networks, while the 2D model targeted broad channels and embayment and solved the 2D shallow-water equations using a semi-implicit scheme applied to an unstructured grid of triangular cells. The 1D and 2D models were solved simultaneously by building a matrix for the free surface elevation at every 1D junction and 2D cell center. Velocities were then computed explicitly based on the results at the previous time step and the updated water level. The originality of the scheme arose from a novel coupling method. The results showed that the coupled 1D/2D model produced identical results as the full 2D model in classical to benchmark problems with considerable savings in computational effort. Application of the model to the Pearl River Estuary in southern China showed that complex patterns of tidal wave propagation could be efficiently modeled.     

2D Wave setup behind submerged breakwaters

In addition to reducing the incoming wave energy, submerged breakwaters also cause a setup of the sea level in the protected area, which is relevant to the whole shadow zone circulation, including alongshore currents and seaward flows through the gaps. This study examines such a leading hydraulic parameter under the simplified hypothesis of 2D motion and presents a prediction model that has been validated by a wide ensemble of experimental data. Starting from an approach originally proposed by Dalrymple and Dean [(1971). Piling-up behind low and submerged permeable breakwaters. Discussion note on Diskin et al. (1970). Journal of Waterways and Harbors Division WW2, 423–427], the model splits the rise of the mean water level into two contributions: one is due to the momentum flux release forced by wave breaking on the structure, and the other is associated with the mass transport process. For the first time, the case of random wave trains has been explicitly considered.     

Refraction-Diffraction Model for Irregular Wave and Directional Spectrum Considering Current

- A mild-slope equation for combined refraction and diffraction of random waves in the independent time current is derived using Kirby equation(1984). In the derivation, the frequency of random waves is represented based on the time series concept, by a typical frequency and its deviation part. Numerical results, compared with those of laboratory experiments, demonstrate that new set of irregular mild slope equation with current is of good adaptability.     

基于Delft3D模型的风暴潮增减水模拟研究——以“9711”号台风为例

为了精确模拟"9711"号台风期间风暴潮增减水过程,考虑耦合作用下的非线性,利用Delft3D建立三维天文潮和风暴潮耦合模型,利用实测数据进行了验证,探究了台风经过日照港时风暴潮增减水过程。结果表明:(1)"9711"号台风引起的风暴潮增减水位呈现周期性变化,其变化周期与天文潮周期相近;(2)风暴潮期间,日照港西南侧海域增减水幅度较大,增水时,NE流向与SW流向的潮流在该区域相遇叠加,使增水幅度加重,减水时,该区域潮流由SW向NE流动,使减水幅度加重;(3)非线性引起的水位变化在风暴潮的水位变化过程中起负相关作用。     

潜堤对波浪传播变形的物理模型试验研究

以不可渗透光滑潜堤为研究对象,基于波浪水槽试验,分析了规则波和不规则波通过淹没梯形潜堤时的波浪外部形态变化以及内部能量变化规律。探讨了不同波浪要素(周期、波高、淹没水深)对潜堤附近波高影响的变化规律。同时,探究了潜堤斜坡坡度、堤顶淹没水深对波浪频谱在频域分布的影响。研究结果表明:当波浪通过潜堤时,波浪主频能量衰减,波浪能量由低频向高频移动;潜堤斜坡坡度越大、堤顶水深越小,波浪主频能量衰减越剧烈;波浪通过潜堤后高频波能量占潜堤次生波能量的1%~30%。     

Numerical Study of Wave Diffraction Effect Introduced in the SWAN Model

New version of SWAN model includes the wave diffraction effect which is the main improvement compared with the previous versions.Experimental data collected in the wave basin of the University of Delaware were used to test its performance.Wave heights were compared in the four cases(with different wave energies and directional spreading spectra).The results agreed well with the measurements,especially for the broad directional spectra cases.The effect of wave diffraction was analyzed by switching on/off the corresponding term.By introducing the diffraction term,the distributions of wave height and wave direction were smoothed,especially obvious for the narrow spectrum cases.Compared with the calculations without diffraction,the model with diffraction effect gave better results.     

气动式波浪发电透平的设计模型

分析了气动式波浪发电透平的特点、运行环境以及透平与振荡气流之间的相互作用过程,提出了描述透平稳态特性和动态特性的参数以及描述透平运动性能的特性曲线,推导得出透平的稳态最佳工作点,最后提出了透平的匹配设计方法。该设计模型的建立,对波浪透平的研究和设计具有较重要的指导意义     

基于非静压模型的波浪空间聚焦研究

为研究波浪聚焦特性,分析极端波浪的产生机理,采用非静压模型通过数值模拟的方法对波浪聚焦的影响因素进行了详细研究。本文采用SWASH非静压波浪模型,模型垂向均匀分三层以保证足够的色散精度以及非线性精度来高效准确的模拟波浪在变化地形上的传播。研究发现在最大波浪未发生破碎时,波浪在半圆形凸起斜坡浅滩上传播,波浪聚焦是波高增大的最主要原因。初始kR(波数与浅滩半径乘积)值对波浪在该地形上的聚焦特性有着重要影响。初始kR越大,最大波高位置距聚焦地形坡脚的距离越远。当kR在1.4π~4.05π之间时,随着kR的减小,最大相对波高先增大后减小,当kR=2.45π时,最大相对波高达到极大值,可达2.48倍初始波高。