运动坐标系下的海浪数值模拟

以运动坐标系中的海浪谱为靶谱应用静止坐标系中随机波面的模拟方法─—线性叠加法和线性过滤法模拟匀速运动坐标系中的随机波面,给出了两种方法的原理及模拟手续。通过模拟实验发现,在高速运动的坐标系中线性叠加法优于线性过滤法,在低速情形,线性过滤法好于线性叠加法,并在模拟技术上给出了各参数的选取方法。     

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。     

三维随机海浪的数值模拟

本文首先分析了三维随机海浪的方向谱函数和三维随机海浪的数学模型,然后在ＭＡＴＬＡＢ环境下设计了数值模拟程序,并模拟出三维随机海浪的方向谱和三维随机海浪的三维空间模型。     

偏态海浪过程的数值模拟

本文对Polge等人提出的“相关传递法”作了进一步数学分析,论证了其成立条件和适用范围.考虑波面偏度对谱形的影响,将模拟的靶谱加以改造,建立了“准相关传递法”.在同时考虑波剖面高度分布和谱两个条件下,对偏态海浪过程进行数值模拟.就模拟结果,分析了以Weibull分布拟合波高分布时,其波面偏度对波高分布中两参数的影响. 文中选用1980-1981年在胶州湾观测的波浪资料对“准相关传递法”加以检验和比较.结果表明:就波高分布、波面极大(小)值分布而言,准相关传递法明显优于传统的线性叠加法,比线性叠加法模拟的结果更接近于实测资料.     

海浪单过程的数值模拟

本文以离散付里叶变换手段数值模拟海浪过程。对海浪单过程的模拟提出三种具体模式，并介绍了模拟的实现方法。以我国1966年提出的海浪谱为靶谱，在DTS-6电子计算机上实现，给出了模拟波面及谱曲线。比较靶谱及模拟谱表明，以m=400个子波叠加进行模拟时，模式及实现方法是满意的。     

海岸工程中海浪数值模拟和环境参数选取的进展

主要介绍了我国近的来在海岸工程设计，建设中有关海浪数值模拟及环境参数选取方面的研究进展。     

一般曲线坐标系下波浪传播的数值模拟

在曲线坐标系下,建立了缓变水深水域波浪传播的数值模拟模型.模型适宜于复杂变化的边界形状,克服了各种代数坐标变换的局限性.在建立模型时,将原始的椭圆型缓坡方程的近似型式——依赖时间变化的抛物型方程,作为控制方程,既克服了一般抛物近似方法的缺点,又便利了方程的求解;从开边界条件、不同反射特性的固壁边界条件相统一的表达式出发,对边界条件进行处理;用ADI法数值求解控制方程.对模型的验证表明,数值解与物模实验值吻合良好,模型对于具有复杂边界的工程实际有较强的适应性.     

复杂地形下海浪数值模式的特征线计算格式

LAGFD-WAM海浪数值模式是一种第三代海浪数值模式，通过求解波数谱平衡方程，并考虑风输入、波浪破碎耗散、底摩擦耗散、波波非线性相互作用和波流相互作用等源函数，模拟波数空间下的海浪方向谱，并依此获得海浪的波高、周期和平均波向。该模式的一个显著特点是采用特征线嵌入格式求解海浪的传播。在进行浅水区域的海浪模拟时，特征线嵌入格式的数值计算方案是否合理对海浪数值模拟结果产生直接的影响。为此LAGFD-WAM海浪数值模式提出了一种新的特征线混合数值计算格式，并应用于浅水海浪数值模拟。结果表明，采用该计算方法，能够使数值模拟结果与实测结果很好符合。     

港口潮汐潮流及海浪高分辨率数值模拟

利用约束型Delaunay地形网格构造技术,以及潮汐、潮流、波浪数值计算和网格嵌套技术,融合高分辨率的地形数据,对港口海洋潮汐、潮流、波浪进行高分辨率数值模拟和仿真,并以我国近海某港口为例,对预测预报结果进行了分析、对比,取得了理想的效果.     

复杂群岛海域海浪数值模拟方法及试验

在复杂群岛海域海浪模拟中,发展一种综合利用水深数据和高分辨率海岸线数据优化计算网格和在海浪数值计算中引入次网格地形效应的方法,充分描述多岛屿复杂地形分布对海浪模拟的影响.通过理想试验和实际应用表明:采用该方法后.在计算网格分辨率水平上,充分考虑了海岸和多岛屿地形对海浪传播的作用和多岛屿的次网格效应.数值计算结果有明显改善.     

球坐标系下MASNUM海浪数值模式的建立及其应用

为开展海浪对海洋上混合层的搅拌混合作用及其对海气界面通量的影响等研究,在LAGFD WAM区域海浪数值模式基础上建立了球坐标系下的全球海浪数值模式.重点导出了球坐标系下的海浪能量谱平衡方程及其复杂特征线方程,该组方程包含了背景流场对波动传播的调整、波动沿大圆传播的折射等.数值积分则采用复杂特征线嵌入计算格式.初步数值模拟结果表明,该海浪全球数值模式能够较为精确地刻画海浪的动力过程.     

海浪预报知识讲座第十二讲海浪预报技术及预报方法(5)——海浪数值预报(I)

1海浪数值预报方法研究概况海浪是一种十分复杂的随机现象,因此海浪的物理机制研究进展缓慢,至今仍没有理论上严密和完善的海浪预报方法。由于海浪的应用性质很强,应用价值很大,所以应用部门不能等到海浪专家把海浪生成机制都弄清以后再来研究计算海浪的方法。因此在研究海浪生成机制的同时就已经开始研究怎样利用风来计算海浪。几十年     

利用海底磁场观测数据估算海浪运动方向

本文提出一种利用海底磁场观测数据获得海浪运动方向信息的方法。首先,基于电磁感应原理,推导出海底地形水平条件下三维海浪感应磁场表达式,据此可以计算海浪感应磁场,并可以得到海浪感应磁场方向。理论分析表明,海浪感应磁场的方向与海浪运动方向一致,这为利用海浪感应磁场估计海浪运动方向提供了方法理论基础。本文从南黄海海底观测磁场数据中提取了海浪感应磁场,然后采用时频方向谱方法(Spectral-Directionalogram,简称SD)估算出海浪运动方向谱,即海浪运动方向,并与第三代海浪模式WAVEWATCHⅢ的海浪运动方向进行对比。在平潮期内两者吻合较好,误差在10°以内,但在涨落潮时,基于海底磁场数据估计的海浪运动方向谱精度较低。     

耗散源函数及LAGFD-WAM海浪数值模式的改进

本文是在LAGFD-WAM海浪模式方法基础上,根据破碎波统计理论给出了LAGFD耗散源函数形式。同时对LAGFD-WAM模式进行了改进并与WAM模式作了三种典型风场下的对比实验和实测结果检验,取得了较好的结果。     

LAGFD-Ⅱ区域性海浪数值模式及其应用Ⅰ.海浪数值模式

给出了LAGFD-Ⅱ区域性海浪数值模式,详细地导出了波数空间中的复杂特征线方程。在模式中除了含有一般的各项源函数项之外,我们还给出了波、流相互作用源函数,并对非线性相互作用源函数作了一种简化处理,模式的数值计算取得了令人满意的结果。