海浪波面极大值分布的非线性影响

依非线性海浪模型,在二阶近似下,利用特征函数展开技术和直接求矩的方法,导出了定点波面位移及其对时间的一阶和二阶导数的联合分布。由此联合分布,导出了二阶非线性近似下的波面极大值分布。它由线性意义下的海浪频谱及所考虑的二阶级。波相互作用所确定。当忽略非线性影响时,文中给出的波面极大值分布退化为Cartwright和Longuet-Higgins所导出的分布。     

波面极大值处水质点水平加速度的统计分布

基于 L onguet- Higgins线性海浪模型 ,在二维情况下导出海浪波面极大值处水质点水平加速度分布律 ,其分布遵从正态分布。在分布中引入新的谱宽度参量 [(m2 m4 - m23 ) / m2 m4 ]12 。以Neumann谱为模式计算波面极大值处质点加速度分布。     

波面极大值处水质点水平速度的统计分布

基于Ｌｏｎｇｕｅｔ－Ｈｉｇｇｉｎｓ提出的线性随机海浪模型,导出了波面极大值处水质点水平速度的统计分布。分布的形式类似于波面极大值的统计分布,其中引入了一个新的谱宽度参量εｕ为１－ｍ２３ｍ２ｍ４１２。当εｕ趋于零时,导出的分布函数为瑞利分布;当εｕ趋于１时,则为正态分布。在窄谱情形下εｕ趋于１２ε,其中ε为１－ｍ２２ｍ０ｍ４１２,为常用的谱宽度参量     

二阶非线性随机海浪波面高度和波面垂直速度的联合分布

基于Longuet－Higgins提出的非线性随机海浪模型，在二阶近似下通过直接计算联合分布的各阶矩，导出了非线性海浪波面高度和波面垂直速度的联合分布。该分布为非正态，其形式为截断的级数，而非由累积矩母函数方法可能得到的渐近无穷级数。由于非线性的影响，波面高度与波面垂直速度不再相互独立。     

非线性海浪波面与波高的统计分布

采用风浪谱参量化的方法将随机波面无因次化,把波面与波高概率分布的各阶矩展开为谱宽度根方的幂级数,并由此导出波面与波高的统计分布。结果表明,在准确至零阶和一阶时,风浪分别退化为静止海面和单色波;在准确至二阶时,波面为线性模型,即波面服从正态分布;而在准确至三阶以上时,波面分布与Longuet-Higgins导出的非线性海浪模型的Gram-Charlier形分布具有同效益;并在准确至三阶时,导出一种新的波高分布,此分布函数以Longuet-Higgins等给出的Rayleigh分布作为二阶近似的特例。     

二阶非线性随机海浪波高度和波面垂直速度的联合分布

基于Ｌｏｎｇｕｅｔ－Ｈｉｇｇｉｎｓ提出的非线性随机海浪模型，在二阶近似下通过直接计算联合分布的各阶矩，导出了非线性海浪波面高度和波面垂直速度的联合分布，该分布为非正态，其形式为截断的级数，而非由累积矩母函数方法可能得到的渐近无穷级数。由于非线性的影响，波面高度与波面垂直速度不再相互独立。     

三阶非线性海浪波面斜率的联合概率统计分布

从Longuet-Higgins于1963年建立的非线性随机海浪模型出发,对各向同性波面斜率的联台概率统计分布进行了理论研究.结果表明,在三阶近似下,波面斜率联合概率统计分有为截断的Gram-Charlier级数,截断的项数取决于非线性近似的阶数,每一阶近似均对前一阶近似结果有所修正如果不考虑非线性耦合相互作用的影响,则分布蜕化为高斯分布.     

高阶非线性海浪波面斜率的联合概率统计分布

基于非线笥随机海洋模型,对各向异性波面斜率统计分布进行了理论研究,结果表明,在高阶近似下,波面斜率统计分布为截断的Ｇｒａｍ－Ｃｈａｒｌｉｅｒ级数。如果忽略波－波相互作用的非线性影响,则Ｃｒａｍ－Ｃｈａｒｌｉｅｒ级数分布蜕化为正态分布。     

波面位移非线性特征数值研究

基于Longuest-Higgins(1963)非线性海浪模型,在有限水深且存在均匀背景流的条件下,根据Song(2006)给出的波面位移二阶表达式,采用Combi海浪频谱计算了海表面定点波面位移时间序列和波面位移概率统计分布。分析了波面位移统计分布随风速、水深、反波龄和均匀背景流的变化特征和规律以及不同海况条件下二阶非线性项对波面位移统计分布的影响。结果表明:二阶非线性项使波面位移分布偏离正态分布,二阶非线性作用受风速、水深、反波龄和均匀背景流的影响。风速增大、水深降低、反波龄减小或者均匀背景流和风速传播方向相反均使波面位移二阶非线性项的作用加强,无因次波面位移概率密度分布的偏度和峰度随之增大,反之则二阶非线性项作用减弱。当均匀背景流和风速相同时,虽然使非线性项的作用减弱,但平均波面位移反而比静止水平面降低。当均匀背景流和风速相反时,虽然使非线性作用增强,但平均波面位移反而趋于静止水平面。得到如下结论:二阶非线性项对于波面位移有显著影响,数值模拟波面位移需要增加二阶非线性项。通过以上研究,提高了数值模拟波面位移的准确性,而波面位移是海浪最基本的特征量,从而增强了海浪模拟和预报的准确性,对海洋工程、海–气相互作用、上层海洋动力学等具有重要意义。     

非线性海浪波面斜率的概率分布和白浪覆盖率的计算

依二维非线性海浪模型,在三阶近似下,利用特征函数展开技术和直接求矩的方法,导出了波面斜率的概率分布。据此分布,利用极限表面斜率判据,给出了白浪覆盖率的一个解析模式。该模式依赖于3个参量,这3个参量可由线性意义下的海浪波数谱及三类波-波相互作用所确定。     

The Statistical Distribution of the Horizontal Velocities of Water Particles at Wave Surface Maxima

On the basis of the linear model of random sea waves presented by Longuet-Higgins,the statis-tical distribution of the horizontal velocities of water particles at wave surface maxima is derivedtheoretically.The derived distribution is similar to that of wave surface maxima,and a new spectral widthε_u,which is defined as(1-(m_3~2/m_2m_4))~(1/2),is introduced in the distribution.When ε_u tends to zero,the distribu-tion is reduced to Rayleigh distribution and it is reduced to the normal distribution when ε_u tends to unity.For a narrow spectrum,it is proved that ε is equal to 1/2ε,where ε is(1-(m_2~2/m_0m_4))~(1/2)and is the commonlyused spectral width..     

New Interpretation of Dependence of Wind Stress on Wave State

Based on observations from buoys, it is found that the wave age is well correlated with the nondimensional wave height, and this correlation is best described by a 3/5-power law. This similarity law is valid in the cases of wind waves as well as swells under natural sea states. On the basis of the 3/5-power law combined with the well-known 3/2-power law, it is shown that the wave-induced wind stress increases rapidly with wave age, indicating that the traditional observations or analytic techniques have only given the turbulent Reynolds stress induced by short wind waves, but excluded the long-wave-induced wind stress. The latter constitutes a small fraction to the total wind stress when the wave age is smaller than 1.0. The increase of sea-surface roughness with wave age can be attributed to wave breaking.     

Third-Order Stokes Wave Solutions of the Free Surface Capillary-Gravity Wave and the Interfacial Internal Wave

Based on the Stokes wave theory, the capillary-gravity wave and the interfacial internal wave in two-layer constant depth''s fluid system are investigated. The fluids are assumed to be incompressible, inviscid and irrotational. The third-order Stokes wave solutions are given by using a perturbation method. The results indicate that the third-order solutions depend on the surface tension, the density and the depth of each layer. As expected, the first-order solutions are the linear theoretical results (the small amplitude wave theoretical results). The second-order and the third-order solutions describe the nonlinear modification and the nonlinear interactions. The nonlinear impact appears not only in the n (n≥2) times'' high frequency components, but also in the low frequency components. It is also noted that the wave velocity depends on the wave number, depth, wave amplitude and surface tension.     

Joint Distribution of Wave Periods and Rate of Change of Wave Surface Elevation

The rate of change of wave surface elevation is of much importance in ocean engineering,es-pecially for the determination of the limitation of wave breaking.This paper gives a kind of joint distribu-tion of wave periods and the rate of change of wave surface elevation by means of calculation of the two-or-der to four-order moment of the frequency spectrum based on the linear wave theory.For the first time,the distribution density function of wave periods determined by peaks is provided,and the conclusion isdrawn that the rate of change of wave surface elevation obeys the Rayleigh distribution.     

基于选定风浪方向谱的海浪模拟方法(英文)

简要回顾当前第三代海浪模式中的困难。为避开这些困难,作者提出一种新的海浪模拟方法,其中特定定义的风浪组成波依常风下随时间成长的方向谱计算,而涌浪组成波藉考虑涡动黏性和底摩擦加以计算。并进行了常风场和变风场下系统的数值试验。在常风速情形中,模拟结果能精确地化为建立模拟所根据的谱和风浪成长关系。计算显示出台风中心附近浪场的极端复杂的谱结构。当风速骤然降低时,模拟的波高减小与观测符合。在风向逐渐或骤然改变情形下,计算的时间响应尺度与海上观测符合,而且演化中的二维谱结构得到良好刻画。对于涌浪在无风下的传播,模拟结果合理,包括波参量及谱结构的变化。后报得到的波高、周期和海上资料符合。与第三代模式相比,文中提出的方法较易改进,需用的计算机时间显著减少。最后讨论采用一个已知谱来建立谱形式的海浪预报模型的合理性以及有关的问题。     

蒸发波导条件下风速风向对电磁波传播的影响

海洋蒸发波导是重要的军事敏感要素,严重影响着海上电磁波的传播。风向、风速是决定蒸发波导强弱的重要因素,为精确模拟蒸发波导条件下的电磁波传播,准确评估预报雷达、通信等电子设备的性能,文中利用抛物线方程模型,结合粗糙度参数和蒸发波导条件下大气修正折射指数廓线模型来求解电磁波波动方程,基于电磁波传播的数值模拟结果,重点研究蒸发波导条件下风速和风向对电磁波传播的影响。并得到如下结论:在同一传播距离处,风速越大,海面粗糙度越大,海面电磁波传播损耗就越大;当电磁波传播方向与风向夹角为0°时,其传播路径损耗远远大于在45°或90°条件下,即顺风条件下电磁波传播损耗大于侧风。     

基于ERA-20C再分析数据的中国近海波候研究

基于ERA-20C再分析数据,综合分析了1950—2010年间中国近海的海表风速、风浪、涌浪和混合浪的分布特点。结果表明,中国近海的风场主要受东亚季风控制,在南海南部靠近越南的海域夏季形成7 m/s的风速大值中心,冬季风速则可达9 m/s。风浪场的空间分布特点与风场相似,而受传播效应和浅水效应的影响,涌浪场四季均在吕宋海峡和东海东南部出现波高的大值中心。春夏季节中国近海大部分海域涌浪占优,与风速大值中心对应,夏冬季节南海南部10°N附近存在风浪池。趋势分析结果显示,风速和混合浪有效波高的线性趋势呈现相似的空间分布,南海的风速和波高分别以0.27 cm·s^-1/a和0.74 cm/a的速率显着增加。而渤海分别以-0.49 cm·s^-1/a和-0.85 cm/a的速率显著降低,黄海的变化率分别为-0.43 cm·s^-1/a和-0.79 cm/a。将中国近海风速和波高的年际变化分别与气候指数尼诺3.4进行相关分析,结果显示,冬季大部分海域的相关系数为负,而夏季在南海和东海海域则为正。