基于微结构图像的风生微尺度波频率谱初探

利用海面微结构光学测量装置实验获取到的微尺度波图像来给出风生微尺度波的波数谱,在此基础上利用频散关系建立微尺度波波数谱和频率谱之间的关系,最终得到微尺度波频率谱。对微尺度波的频率谱随频率变化的响应进行了研究,发现频率谱与频率的α次方成正比关系,α的值随风速的增加而增加,同一风速下α几乎为定值。     

二维EMD 方法在微尺度波斜率波数谱提取中的应用

进行海面微尺度波频率分析时,为消除重力波影响,引入二维 EMD(经验模态分解)方法滤除造成频率混叠的长重力波,然后进行傅立叶变换,得到海面微尺度波谱,进一步处理得到斜率波数谱。斜率波数谱提取结果表明：采用二维EMD方法可以有效滤除图像中混叠的长波信息,在此基础上进行微尺度斜率波谱计算的结果与国外已有结果基本一致。文中还将二维 EMD 方法与小波方法的处理结果进行了比对,结果表明在滤除长波的影响时,二维EMD方法具有其较明显的优势。     

行星尺度阻塞波和天气尺度波相互作用的数值模拟

用数值方法研究了行星尺度阻塞波和天气尺度波之间的相互作用,得到在涡源强迫下,当不存在地形时,大尺度流场可发展成偶极型阻塞,瞬时流场分裂成南北对称的2支,总流场可以看到明显的多涡结构;加上双波地形后,大尺度流场发展成Ω型阻塞,瞬时流场同样分裂成2支,但北支要明显强于南支.而且通过一系列对比试验发现,适当的弱的基本西风气流是阻塞发生的有利条件.此外,讨论了初始阻塞和造波器（扰动源）位置的配置,以及造波器关闭时间的不同对阻塞强度和生命周期的可能影响.     

基于频率差异的多次波识别

从简化的海洋地震勘探的基本模型出发,根据一次波和多次波的传播所经介质品质因子的不同,通过理论分析和数值实验证明了随着传播时间的增加,一次波的主频可明显低于同一时间段的海水鸣震主频;提出了将多次波的传播时间和相应主频结合起来判别多次波的"时间-频率识别模式"。实际资料的处理实验表明:与传统的"时间识别模式"相比,基于"时间-频率识别模式"的多次波衰减,可在压制多次波的同时较好地保持有效信号的基本特征。     

基于频率差异的多次波识别

从简化的海洋地震勘探的基本模型出发,根据一次波和多次波的传播所经介质品质因子的不同,通过理论分析和数值实验证明了随着传播时间的增加,一次波的主频可明显低于同一时间段的海水鸣震主频;提出了将多次波的传播时间和相应主频结合起来判别多次波的"时间-频率识别模式".实际资料的处理实验表明:与传统的"时间识别模式"相比,基于"时间-频率识别模式"的多次波衰减,可在压制多次波的同时较好地保持有效信号的基本特征.     

Ⅲ变浅作用下列率谱和频率谱的实验研究

为研究变浅作用下的非线性海浪，本文利用并矢相关谱估计方法，设计并进行了多种强度下，由深水传入近岸浪变浅作用下，列率谱和频率谱随水深和坡度变化的实验比较研究。     

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。     

海滩碎波带波能振荡的多尺度分析

对不同波况条件下实测的一岬间海滩碎波带两个上的波面数据,通过小波变换方法计算了小波谱,并作了显性检验。结果表明：（１）碎波带波能存在典型的多尺度振荡特性;（２）在正常波况下,波能主要分布于风浪频域,入射波自外测站向内测站传播过程中,能量具有向低频方向转移的趋势;（３）在高能波况下,能量均向长重力波频带增加,在长力波显尺度,二测站之间存在良好的位相一致关系。     

旋转地球上不可压缩流体惯性重力波的频率方程

用微扰动方法对旋转地球上不可压缩流体的控制方程组进行线性化，得到了扰动解和流体界面上惯性重力波的频率方程。表面惯性重力波和惯性重力内波的相速公式都是这个更普遍的频率方程的特殊情况。     

The high frequency spectrum of wind-generated waves

The high frequency part (10 Hz50 Hz) of the one-dimensional wave spectrum was measured in a wind-wave channel under accurately controlled conditions. The results are compared with the spectral forms for the capillary range that have been proposed recently byPierson andStacy (1973) andToba (1973). In a general sense, fairly good agreement is found between the present results and those ofPierson andStacy (1973) and ofToba (1973). The spectrum in the capillary range is clearly wind speed dependent, and the spectral density in that range increases with increasing wind speed.However, closer examination shows systematic deviations of the present results from those previously proposed, particularly for high speed winds.     

A representation for the frequency spectrum of wind-generated waves

This paper proposes the following generalized representation for a wind-wave frequency spectrum:

Full-size image (1K)

where E = ∫S(f)df is the variance of the surface displacement; f_m is the frequency of the spectral peak; and C_i's, i = 1,2,3, are dimensionless parameters that can be determined from the internal spectral parameters of a given spectrum.When applied to 234 sets of wave spectra recorded in the Great Lakes, this representation has been realistic, accurate, and capable of representing widely varied wave processes. The C_i's are clearly related to wave growth processes; they are large during early growth, decrease as waves grow, and reach approximate equilibrium when waves are fully developed.     

Outer frequency spectrum of sea waves and its equilibrium range

Ｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｐａｐｅｒｄｅｆｉｎｅｓｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄａｐｐａｒｅｎｔｅｎｅｒｇｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｄｅｒｉｖｅｓｔｈｅａｎａｌｖｔｉｃａｌｆｏｒｍｏｆｔｈｅｓｏ－ｃａｌｌｅｄｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄｏｕｔｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｐｅｃｔｒｕｍｏｒｎｔｈｏｒｄｅｒａｐｐａｒｅｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｐｅｃｔｒｕｍ．Ｉｔｉｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｇｅｎ－ｅｒａｌｉｚｅｄｏｕｔｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｐｅｃｔｒｕｍｈａｓａｎｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｒａｎｇｅｗｉｔｈａｎｅｘｐｏｎｅｎｔ（ｎ＋３）ａｎｄｔｈｅｕｐｐｅｒｌｉｍｉｔｏｆｔｈｅｅｘ－ｐｏｎｅｎｔｉｓ－３．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒａｒｅｕｎｉｖｅｒｓａｌａｎｄａｒｅａｐｐｌｉｃａｂｌｅｆｏｒａｎｙｏｔｈｅｒｗａｖｅｐｈｅｎｏｍｅｎａｉｆｔｈｅｒａｙｔｈｅｏｒｙｏｆｗａｖｅｓａｎｄｔｈｅＬｏｎｇｕｅｔ－Ｈｉｇｇｉｎｓ，ｌｉｎｅａｒｒａｎｄｏｍｗａｖｅｍｏｄｅｌａｒｅｅｘａｃｔｅｎｏｕｇｈｆｏｒｔｈｅｉｒｄｅｓｃｚｉｐｔｉｏｎ．     

Fluctuations of peak energy and peak frequency of local wavelet energy spectrum for wind waves

Ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｐｅａｋ　ｅｎｅｒｇｙ　ａｎｄ　ｐｅａｋ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｏ　ｌｏｃａｌ　ｗａｖｅｌｅｔ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ｆｏｒ　ｗｉｎｄ　ｗａｖｅｓTXＦｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓｏｆｐｅａｋｅｎｅｒｇｙａｎｄｐｅａｋ...     

风浪局域小波谱峰的涨落

将湍流研究中已得到有效应用的局域小波能谱概念引入到风浪研究.分析了实验室不同风速下风浪的局域小波能谱.结果表明,局域小波谱峰值存在着显着的涨落,涨落的方差随风速的增加而增大.这不仅体现了风浪的局域结构,还意味着通常风浪谱的应用中除了要考虑平均意义下的频谱峰值外,还必须考虑局域小波谱峰值的涨落方差.     

海浪外观谱及其平衡域

定义了海浪能量的广义或n阶外观分布,导出了n阶海浪外观谱的解析形式,讨论了n阶外观谱的平衡域.结果表明,n阶外观谱的平衡域指数为-(3+n);平衡域指数上界为-3.任何波动现象,只要Fourier迭加原理和射线理论对它们的描述足够准确,则本文的结论皆成立.     

分段式造波机生成波浪的方向谱分析

采用声学多普勒流速仪(ADV)和多点测波仪的实验资料,对分段式造波机生成的多向随机波浪进行方向谱分析.结果表明,分段式造波机生成的多向随机波浪的时间平稳性优于空间均匀性;贝叶斯方法(BDM)适合于流速实验资料和阵列波浪资料的方向谱分析,给出的方向谱满足随机波浪的内禀性质(如光滑性、连续性等);流速资料和阵列波浪资料给出的方向谱具有相当的精度,但与测速的深度有关;三参量(如三点波浪、两个方向的速度分量和一点波浪等)可给出具有相当精度的方向谱;给出了衡量方向谱精度的初步标准.     

X-波段雷达近海海浪频谱反演的神经网络模型

X-波段雷达作为国内海浪观测的一种新工具,在海浪频谱获取和有效波高反演方面仍存在较多问题.本文利用非线性回归方法,将现场实测浮标数据频谱和雷达一维图像谱分别与标准频谱模型进行拟合,发现浮标频谱和一维图像谱具有标准频谱的特征,能够较准确地获取相应的谱参数.提出了建立由雷达一维图像谱参数反演海浪频谱参数的神经网络模型,同时在模型中加入影像序列信噪比,进而反演有效波高,并将反演结果与现场实测数据和传统算法(建立影像序列信噪比与有效波高之间的线性回归方程)进行了对比,结果表明,获取谱参数的误差和反演有效波高的平均误差在20％以内,而传统算法计算有效波高平均误差在20％以上.     

Wind gust spectrum over waves: Effect of wave age

The effect of wave age on the wind gust spectrum over wind waves is considered by using the Ochi and Shin [1988. Wind turbulent spectra for design considerations of offshore structures. Proceedings of 20th Offshore Technology Conference, Paper No. 5736, Houston, Texas. pp. 461–467] spectrum together with the wave age dependant Volkov [2001. The dependence on wave age. In: Jones, I.S.F., Toba, Y. (Eds.), Wind Stress Over the Ocean. Cambridge University Press, Cambridge, UK, pp. 206–217] sea surface roughness formula. The wave age independent Charnock [1955. Wind stress on a water surface. Quarterly Journal of Royal Meteorological Society 81, 639–640] sea surface roughness is used as a reference. An example of results demonstrates a clear effect of wave age on the wind gust spectrum.