多向随机波的实验室模拟

海浪是一种多向随机波。本文首先对常用的多向随机波的数值模拟方法——双迭加法进行改进,建议了频率方向对应法,并给出了合适的模拟参数。此法能产生比较符合实际的波浪。在此基础上论述了三维随机波的物理模拟方法,并对多向随机波试验中的几个重要问题进行了探讨。     

波群结构和波群中的波破碎

本文将小波分析用于波群结构和波群中波破碎的研究。实验结果表明,波群中波动的振幅不是关于波群中央对称的,而是波群前部波动的振幅较大。这种不对称性导致波群前部单个波的波陡较大,后部单个波的波陡较小,当谱宽度增大时波群前部与后部单个波的平均波陡之差增大。波群前部波陡较大导致波群前部的波动最容易发生破碎,而不是波群中央的波动最容易发生破碎,波群中波动最可能发生破碎的位置距波群中央的长度为波群长度的1/6。     

波群内单个波的波陡分布与波破碎

对波群内单个波的波陡分布和波破碎进行了实验研究。研究结果是,波群中波动的最大振幅出现在波群前部而不是出现在波群中央,这种不对称性导致波群前部单个波出现大波陡的概率大于后部单个波出现大波陡的概率;进一步的波破碎统计发现波群前部单个波破碎的频率是后部单个波破碎频率的4倍。因此认为,波群结构的不对称性能够导致单个波发生破碎的...     

波浪水槽中随机波的模拟

根据线性系统理论,首先由给定的靶谱模拟海浪信号,再把此信号转换为造波控制输入信号,最后在水槽中指定的截面处产生具有给定靶谱的随机波。这种模拟方法已在青岛海洋大学物理海洋实验室的大型水槽中实现,并取得良好的效果。     

波群与单频率波的波向线的比较

本文根据普遍几何群速的概念和Fermat原理导出的波群的波向线方程,数值计算在理想底形海域中波群与单频率波的波向线,并加以比较,指出两者的异同。同时还检验了前人的一些结论。     

波群的波向线方程

海浪传入浅水域后发生的折射，是影响该海域的波动状态的重要因素之一，从而关系到船舰在大陆架航行的安全，关系到近海和近岸海洋工程的选址及其结构物的设计，关系到海岸线和海滩的演变，所以日益引起海洋学界和海洋工程学界的注意和讨论。     

深水随机波列中畸形波统计特征的研究

本文基于Longuet-Higgins随机波浪模型和JONSWAP谱,进行了大量深水随机波的模拟,获取了畸形波发生概率稳定的随机波列,并对随机波列中的畸形波进行了分析。结果表明,畸形波发生的概率小于基于Rayleigh分布预测结果,且随谱宽的减小而增大。在固定时间段内,畸形波发生的频次服从泊松分布,时间间隔服从指数分布,且随着谱宽的增大,畸形波的发生频次减小,相邻畸形波的发生时间间隔增加。通过小波变换方法分离随机波中的波群,研究了出现畸形波的波群特征,发现一个波群中最多会出现4个畸形波,但是在发生畸形波的波群中,单个畸形波的概率最大。随着谱宽减小,一个波群中包含多个畸形波的概率增加。另外,出现畸形波的波群时间长度服从广义极值分布,随着谱宽减小,畸形波波群的时间跨度增加。     

波群的波向线散开因子方程

本文将既适用于平面笛卡尔直角坐标系又适用于球面坐标系的基本式同文献[16]中的波向线方程结合,导出波群的波向线散开因子方程。由此方程解出的散开因子是波群组成波的波要素的函数。据此因子连同浅水系数和摩擦系数就可求得波群的波动强度或波高沿波向线的变化。在一定条件下,所导得的方程便分别化为形同于相应坐标系中单频率波的。 所讨论的波群的折射是唯一地由水深变浅所致的。 根据线性势论,得到由波数、波向和频率都彼此稍异的两系正弦波迭加而成的简单波群,海洋中的波群虽较这复杂得多,但两者本质上是相同的。故所提方程可作为计算浅水域中波群的折射系数的模式。     

破碎波群间隔统计分布

基于一系列实验室风浪破碎实验,讨论破碎波群间隔的统计分布。实验时风速分别设定在6～9 m/s间几个不同的风速水平,破碎波群间隔定义为两个相继发生破碎的波群中破碎首发时刻之间的时间间隔,破碎依据波面信号和实验者同步记录的破碎标记信号判别,分布拟合检验采用Kolmogorov-Smirnov检验。数据分析结果表明:1)所有实验信号的破碎波群间隔都服从Gamma分布;2)低风速情形的破碎波群间隔大多服从指数分布——Gamma分布的一种特殊情形;3)相同实验条件下的破碎波群间隔具有相同的分布。这意味着破碎波群的发生可以视为一种更新过程。     

海浪波群的谱特征分析

海浪的波谱特征分析对认识海浪有重要的意义，因为海浪谱反映了海浪的结构成分。这对海工建筑、海洋运输、船舶制造、海浪预报和海浪模拟等均有重要的实用意义。 波群是伴随海浪经常出现的一种自然现象，且经常伴随大浪的出现而出现。实践证明，波群具有极大的破坏力，其破坏性远比单个波大得多，它是海浪破坏海工建筑物的重要因子，许多防波堤的破坏并非是由单个波的作用，而是由相继出现的几个大波(波群)作用的结果。早先，人们对波群这种习见的现象研究甚少。自1974年葡萄牙锡尼斯港深水防波堤的破坏之后，对波群的研究才日益受到重视。 对波群的研究目前多采用包络方法、马尔科夫链方法和波能过程线法。波群研究的主要内容是波群的统计特征(如波群链长统计)；另外，波群的模拟也是重要的研究内容之一。目前用包络方法研究波群比较普遍，且有不少研究成果。徐德伦等(2001)综述了这方面的研究进展及结果，文圣常等(1984)也进行了详尽的讨论。 以往的研究大都是研究波群的统计特征，如合田良实(1976)、 Ewing(1973)、Rye(1974)。而针对地域性的波浪，我国学者也只是以包络方法为基础讨论了不同地域海浪波群的统计特征(常德馥，1987；葛明达，1986；范顺庭，1998)。就波群本身的结构特征而言，即波群的波谱分析特征以往的研究涉及尚少。作者拟借助于谱分析方法，对带有典型波群的实测的海浪记录来分析海浪波群的波谱结构，进而借此对海浪波群的结构特征进行深入探讨。     

有限水深下独立波群的能量变化试验研究

为了研究独立高斯型波群在中等水深条件下的非线性演化情况,进行了多种波况的物理试验,重点分析了波浪各要素对波群非线性演化的影响。试验结果表明,波陡在波群演化中占主导作用,其次是波群的谱宽,前者引起的非线性主要体现在高阶谐波的能量变化而后者引起的非线性主要体现在自由波能量的变化。频带下移现象只在大波陡情况下才会发生,随着波陡的增加,频带下移发生的相对更早,随着波群的谱变窄,频带下移相对越明显。波陡的增加会使得波群更早的开始分裂。大波陡的波群在演化中会发生破碎,破碎的类型以崩破为主,并且崩破是间歇发生的,连续崩破发生的距离约为1.0～1.5倍波长。此外,破碎引起的能量损耗主要来源于主频和高频成分波,耗散率约10%～18%,平均每个崩破能耗约为初始能量的2%。     

波群的波向线散开因子方程

本文将既适用于平面筒卡尔直角坐标系又适用于球面坐标系的基本式同文献(16)中的波向线方程结合，导出波群的波向线散开因子方程。由此方程解出的散开因子是波群组成波的波要素的函数。据此因子连同浅水系数和摩擦系数就可求得波群的波动强度或波高沿波向线的变化。在一定条件下，所导得的方程便分别化为形同于相应坐标系中单频率波的。所讨论的波群的折射是唯一地由水深变浅所致的。根据线性势论，得到由波数、波向和频率都彼此稍异的两系正弦波迭加而成的简单波群，海洋中的波群虽较这复杂得多，但两者本质上是相同的。故所提方程可作为计算浅水域中波群的折射系数的模式。     

香港附近海区台风波浪的波群统计分析

根据香港附近海区１９８５，１９８６年两次台风大浪的实测资料，以有效波高为相应水平，对波群作统计分析，得出可供海洋工程参考的波群连长、波群重复长度、波出现频率以及波群中最大波高与有效波高的关系等。并将统计值与理论值作比较，结果表明：统计值大于“连”的理论值，而与包线理论中采用合田修公式的计算值相近。     

破碎波群的显著特征指标

群发性是风浪破碎的显著特征,最近的研究表明风浪破碎研究应该基于波群而不是单个波。本文探讨破碎波群区别于非破碎波群的显著特征指标。依据一系列风浪破碎实验数据,采用多种判据与实验现场目测的破碎标记信号相结合的原则划分破碎波群与非破碎波群,考查波群特征量、单个波几何特征量、局地破碎判据指标、波包络几何特征量以及波群能量结构特征量等5大类28个指标在破碎波群与非破碎波群上的分布差异。结果表明:波陡、峰前波陡、瞬时波面斜率、运动学判据指标和动力学判据指标等在破碎非破碎波群上的分布几乎没有交叠;后两者尤为理想,分布明显分离,是破碎波群区别于非破碎波群的显著指标;而其它各指标在破碎波群非破碎波群上的分布都有不同程度的交叠,不能单独依据它们区分破碎波群与非破碎波群。     

风浪波群中波高分布研究

在实验室风浪槽中观测风浪,发现波群连长是影响波群中波高分布的重要因素,随着波群连长增大,波群中波高分布信息熵增大。当以平均波高无因次化,连长较大时波群中波高累积概率明显大于连长较小时情形。波群中波高分布受谱宽度影响。当谱宽度增大,波群中波高累积概率降低。谱宽度和波群连长对波群中波高累积概率的影响相当。引进体现波群特性的1个无因次化波高参量研究波群中波高累积概率。     

边缘波的实验室模拟

边缘波是由水体边缘所限制的沿岸周期波浪运动。它与近岸过程有关，且是折射受限制的重力汉，而重力波的水平长度的尺度变化从几厘米到几公里。其周期同入射风浪或更长一点的边缘驻波，是形成近岸环流流型、海滩嘴以及新月坝的重要因子。前进边缘波可以在形成平行海滩的对岸沙坝中起着作用，这些推测是很难使用现场资料来试验的，原则上只是得到少量实验室试验的验证。本文评述了这些试验的结果以及特殊问题。     

计算波群折射的方法及其应用

根据汪炳祥１９８提出的普遍几何群速概念和波群波向线及其波向线散开因子方程，提出一种计算和绘制波群折射的数值方法。为使本方法较具普遍性，将旋转坐标系引入控制方程并予以变形与简化。数值计算采用Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ法。将上述方法应用于胶州湾湾口附近海域的波群折射计算并绘制其折射图。将计算结果分别与依几何群速建立的波群折射和单频率波折射结果比较，可明显地看出基本方法的结果优于后两者。     

香港附近海区台风波浪的波群统计分析

根据香港附近海区１９８５，１９８６年两次台风大浪的实测资料，以有效波高为相应水平，对波群作统计分析，得出可供海洋工程参考的波群连长、波群重复长度、波群出现频率以及波群中最大波高与有效波高的关系等。并将统计值与理论值作比较，结果表明：统计值大于“连”的理论值，而与包线理论中采用合田修正公式的汁算值相近。