基于三种测波方法的实测数据对比分析

近海海洋工程波浪观测中较为广泛使用的测波方法主要包括压力式测波、声学测波和重力式测波等。三种观测方法各有优势,需根据历史资料、地理环境和任务目的设计合理的观测形式,可以选择一种或多种形式组合的形式,以达到最佳的观测效果。使用GPS测波浮标、AWAC声学海流/波浪测量仪和TWR-2050压力式波潮仪的实测资料进行了对比分析,结果显示,测波浮标与AWAC所测数据相关性较一致;TWR压力波潮仪与AWAC测量的波高趋势基本一致,但周期短、波高小的海域和时间段测量准确度较差。     

基于北斗短报文卫星通信网络的海洋倾废记录仪数据实时安全传输系统

为保障海洋倾废数据传输的实时性和安全性,有效遏制违法倾废行为,文章设计海洋倾废记录仪数据实时安全传输系统并模拟应用。研究结果表明:该系统基于北斗短报文卫星通信网络,采用AES与RSA相结合的加密算法,集成DTU模块、北斗短报文卫星通信模块和Hellobeidou云平台等,可在移动通信网络盲区实时传输海洋倾废记录仪采集的数据,数据加解密兼具快速性和安全性,与经由中国联通通信网络传输数据相比更加持续和稳定,可用于监控倾废船舶,便于执法人员及时获取违法倾废信息并现场查证,保护海洋生态环境。     

基于GNSS技术的波浪浮标测波方法研究

波浪是海洋中的重要运动现象,监测波浪的变化并研究其运动规律,对海洋学研究和海洋工程具有重要的意义。目前传统的GNSS (Global Navigation Satellite System)测波方法在实时高精度波浪测量方面存在很大劣势和限制。本文研究了一种基于GNSS技术的实时高精度波浪测量方法,能得到波高、周期等波浪要素信息,并以南海浮标试验实测数据为例进行了处理和分析,验证了该方法的可行性。该方法直接基于广播星历进行GNSS相位观测值历元差分确定浮标速度,无需额外的实时精密差分改正数,从而节省了精密差分改正服务成本与海上通讯成本。该方法适用于近海、远海场景,并且浮标可以使用低成本单频GNSS接收机,得到高精度波浪测量结果,具有较高的实际应用价值。     

基于OS071X测波雷达的波浪探测分析

文章利用舟山海洋环境监测站2014年第16号台风"凤凰"过境影响期间,对OS071X测波雷达和3m波浪浮标在同一海域内的波浪探测资料进行了对比验证。通过分析,OS071X测波雷达探测反演的有效波高、周期与3m波浪浮标探测结果对比,二者按先后顺序的均方根误差分别为0.27m和0.29m,相关系数分别为0.93和0.90。结果表明,OS071X测波雷达系统的探测精度得到了验证,能够满足实时探测近岸海域波浪的需求。     

近海测波多传感器优化配置模拟与设计研究

研究了测波浮标中GPS传感器和加速度传感器共同作用下对近海测波的影响。介绍了测波浮标数据采集系统的基本框架和硬件设计;为提高测波浮标系统的测量精度,对多传感器进行了优化配置和信息的融合处理,并通过仿真验证了该设计性能的优越性。     

海洋工程试验中多单元造波机波浪模拟方法

由若干独立摇板组成的多单元造波机已经成为实验室研究波浪及其与海洋工程结构物相互作用的重要设备.介绍海洋深水池双边多单元造波机及其模拟波浪的方法,通过物理试验对所模拟的长峰规则波、不规则波和三维短峰波进行初步的试验研究.模拟波浪的时域和频域分析结果表明利用双边多单元造波机能够生成良好的长峰波浪和三维短峰波浪,所模拟的波浪能够满足海洋工程试验的要求.     

基于雷达水位计的海浪波高信息提取算法及其精度评价

为了证明雷达水位计波高测量的有效性,基于PY30-1石油平台上的雷达水位计海面高度变化观测数据,开展了雷达水位计海浪波高信息提取算法研究。基于所发展算法提取海浪波高信息,与同一平台上的C波段测波雷达观测数据及平台附近的浮标观测数据进行了比对分析。结果表明,雷达水位计数据提取的海面波高数据与C波段测波雷达及浮标测量数据一致性较好,二者标准偏差分别为0.006和0.008 m,均方根误差(RMS)分别为0.55和0.60 m。波高小于4 m时一致性优于波高大于4 m的一致性,波高大于4 m时水位计提取的波高偏小。因此,雷达水位计可作为波高观测的重要数据源之一。     

利用波浪谱理论计算我国近岸波浪能方法研究

简述了当前被较多应用于我国近岸波浪能计算的简化公式会带来较大计算误差的事实,指出了这是因不合理假设和化简造成的结果。在此基础上,提出了利用波浪谱计算我国近岸波浪能的计算思路,同时利用波浪谱参量与实测数据比对,间接证明了该思路的合理性。     

各种波浪谱在海洋工程中适用性的研究

从工程应用角度对四种典型波浪谱的特性进行了研究,从而为平台结构对随机波浪的动力响应分析提供了可靠的依据.     

基于GNSS浮标的波浪反演技术研究

波浪观测在海洋环境预报、海洋工程建设、海洋资源调查、航海安全等领域具有重要作用。基于全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）浮标进行波浪观测的方法具有全天候、实时、准确度高、价格低等诸多优点,同时还可以在浮标上集成其他海洋环境测量仪器,因此越来越受到世界各国研究者的重视。本文提出一种基于GNSS浮标的波浪参数反演方法,并成功应用于浙江温州海域,在海试过程中,同公认的波浪骑士浮标对比,平均波高相关系数达到0.95,标准差为4.06 cm,平均波周期相关系数为0.92,标准差为0.24 s,完全符合国家标准。本文所用浮标系统还可以搭载多种海洋环境要素观测传感器,可将数据实时传输至接收终端,具有较高的应用价值。     

一种由微机控制的波浪数据采集系统

该波浪数据采集系统应用重力测波仪作传感器,由IBM—PC/XT微型计算机控制,将模拟信号经过A/D转换器进行波浪数据采集。采集到的数据按设计格式存入软盘,以便用处理程序进行统计和谱分析。本系统的数据采集程序在1987年9—11月西太平洋热带海域考察中得到应用,取得了较好的效果。     

一种增设于Waverider测波仪的数据自记系统

本文介绍一种用MCS-51单片微机作为控制器,用大容量静态RAM作为存储器,以纯电子线路组成硬件线路,配合相应的控制软件,联合构成稳定可靠、低功耗的自记式波浪数据采集系统。该系统增设在Waverider浮标(67780系列)中,使之成为自记与遥测并存的双制式测波浮标,海上实地投放使用已获得成功.     

风浪频谱的成长模型 Ⅱ.三参量的风浪频谱随风区的增长关系

为研究三参量风浪频谱随风浪的成长关系,从而直观地描述风浪频谱成长过程中的超射现象.并证明三参量谱谱型的合理性.基于已得到的谱参量随风区的变化关系,对三参量风浪频谱以及风浪频谱成长过程中存在的"超射"现象作深入的研究,得到三参量风浪频谱随风区的成长关系:S(-ω,-m0,-ω0,B)=-m0(-x)/-ω0(-x)B(-x)[-ω/-ω0(-x)]-p(x)exp[-p(-x)/q(-x)([ω/ω0(-x)]-q(-x)-1)]在此基础上,得到无因次风区:300、500、2000、5500、10000、15000下,风浪频谱的谱线,从而直观地描述了风浪频谱成长过程中的"超射"现象,并认为在风浪频谱的成长过程中确实存在着"超射"现象,但是该现象并不如Hasselmann等提出的理论中阐述的那样存在于风浪频谱成长的全过程,而是仅存在于风浪频谱成长的初期.随着风浪的不断成长,"超射"现象逐渐减弱,直到风浪接近充分成长,"超射"现象也随之逐渐消失.经过不同风区下实测数据的检验,证明S(ω,-m0,-ω0,B)、S(ω,-H,-T,B)、S(ω,-H,-T,-δ)以及S(ω,-H,-T,β)四种形式的三参量风浪频谱谱型是合理的,同时也进一步证明了谱的零阶矩、谱的峰频率、谱宽度、波高、周期、波陡和波龄随风区变化关系的正确性.     

基于XML的实时海洋数据传输网络系统

近年来,在海洋灾害预测、预报等海洋信息产品的开发中,对准确、大量、连续、实时的海洋要素监测数据的依赖性日趋增强。同时,由于海洋数据的复杂性,数据来源的多源性,数据平台异构,数据格式不规范等原因,增大了数据集成的难度,降低了数据使用的效率。文章提出了用XML作为传输媒介,结合Socket网络通信技术,建立实时海洋数据传输网络系统,实现了海洋数据集成与交换格式的统一,屏蔽了影响海洋数据集成和使用效率的因素。文章对XML在海洋信息产品开发中的应用做出了有益的探索和尝试,旨在促进XML在我国海洋信息领域的应用。     

深海资料浮标体及系泊系统的阻力试验研究

本文结合国家“七五”重点科技攻关项目深海资料浮标研制，而进行浮标体和系泊系统的各种阻力试验研究，其试验成果已直接应用于深海资料浮标的系泊系统设计。实践表明，本文中各种阻力试验数据的应用是可靠的。     

MASNUM-WAM海浪模式集合Kalman滤波同化研究-I.风场扰动对海浪模拟影响

模式集合样本的代表性和观测信息的可靠性是制约数据同化效果的重要因素,而前者对海浪模式同化的影响尤为显著。由于海浪模式对初始场的敏感性较弱,来自大气的风输入源函数是海浪的重要能量输入,如何合理地对风输入进行扰动,构造海浪的集合模式运行,是实现和改进海浪模式集合Kalman滤波同化的关键问题。为了实现海浪模式集合运行,本文提出了风场的三种集合扰动方案,分别为：纯随机数、随机场和时间滞后的风场扰动方法。本研究利用2014年1月ECMWF全球风场,基于这三种风场扰动方法开展了集合海浪模式的集合运行实验,并统计分析了海浪特征要素（有效波高）和二维波数谱对风场扰动的响应。结果表明,随机场集合扰动方案所构造的风场集合效果最佳,所得海浪模拟结果的集合样本发散度适中,能够较为合理地反映背景误差的统计特征,可用于进一步的集合Kalman滤波海浪数据同化实验。     

由模拟波面统计分析波高－周期联合分布

阐述以实测或拟合海浪谱为靶谱，用等能量分割法作波面数值模拟，从而利用模拟波面统计分析波高（Ｈ）－周期（Ｔ）联合分布。对波候的Ｈ－Ｔ联合分布、长时段海浪连续记录的Ｈ－Ｔ联合分布以及风浪、涌浪和混合浪的Ｈ－Ｔ联合分布进行了讨论。结果表明，只要已知特征波高和周期，就可反演出模拟波面，进而估测Ｈ－Ｔ联合分布情况，这对了解与各种特征波高对应的周期问题及在海洋工程应用上有一定的参考意义。     

风浪频谱的成长模型Ⅰ.谱参量随风区的增长关系

为得到谱参量随风区的变化关系,从而更细致地刻画风浪频谱的成长方式.在动力学方程的控制下,基于三参量风浪频谱,利用动力-统计学相结合的方法导出了谱参量(谱宽度B、谱的零阶矩～m0、谱的峰频率～ω0)随风场要素(风区)的成长关系分别为:B=5.68×10-3～X9.482×10-1-4.66×10-2ln-x;～m0=1.356×10-8～x2.367-1.097×10-1ln～x;～ω=4.082×101～X-7.623×10-1+3.71×10-2ln～x.同时得到了简化形式的波陡δ、波龄β与谱宽度之间的关系为:δ=2.14×10-2B-1.05-4.26×10-1lnB,β=1.26B1.28+1.97×10-1ln(B).此外,还得出了受风场要素控制的,谱的零阶矩与谱的峰频率之间新关系为:{ω0=a1～m0-0.33 a1=1.034×10-1～X1.872×10-2+8.50×10-4ln～x,从而阐明了先前的各种经验关系是新关系在取不同风区值时的特例.可见,将动力学原理引入风浪频谱的研究,所建立的谱参量随风区的变化关系与先前的经验公式相比更加合理,且普适性更强.     

海浪外观统计与内部结构关系的数值研究

基于数值模拟的三维随机海面,从时间域和空间域两个角度对海浪的外观特征和内部结构间的关系进行了研究,得出了一些在工程应用上有参考价值的结果.文章认为,将波面看作是若干随机正弦波叠加的海浪结构模型,用于描述平稳、均匀和窄谱的海况时,其频谱分析结果与外观统计结果基本上是一致的;但是,当海面处于谱宽度较大的风浪或混合浪状态时,一些频谱分析结果必须经过修正才能应用.同一海况下,海面波动的时间过程和沿主波向的空间分布是明显不同的.当海面有突发性大浪时,外频谱能够很好地反映不平稳海况,而频谱则把这种不平稳性平滑了.文章着重讨论了波长和波陡的计算、频谱和外频谱的差异.     

静态集合样本的构造及其在全球海浪滤波同化中的应用

本文提出一种最佳静态集合样本的构造方法,利用不同时段内海浪有效波高的模拟偏差构造静态集合样本,并将其与由模拟结果和观测资料统计的模式误差进行概率密度分布及时空相关性分析,结果表明24h间隔有效波高偏差与后者的相关性最好,称为最佳静态集合样本,可用于近似背景误差。将所构造的静态集合样本应用于滤波同化调整过程,采用MASNUM海浪模式,利用Jason-1卫星高度计数据,对2008年全球海域开展海浪同化实验,实验结果表明,基于最佳静态集合样本的海浪同化调整,可以有效地改善海浪模式的模拟效果。