基于抛物型缓坡方程模拟近岸植被区波浪传播

植被对波浪传播运动有重要影响。考虑近岸波浪在植被区传播中的折射、绕射、破碎及植被引起的波能耗损效应,基于抛物型缓坡方程建立了模拟近岸植被区波浪传播的数学模型,对模型进行了数值模拟验证,采用数值模拟试验分析了植被对波浪传播的影响。数值模拟结果表明,波浪在近岸植被区传播时,随着植被密度和植被高度的增加,波浪传播中的波高衰减增大,波能耗损增加;不同周期波浪在植被区传播中的波高衰减过程也明显不同。     

一个新的非恒定型不规则波缓坡方程

缓坡方程由Ｂｅｒｋｈｏｆ所推导并在规则波折射绕射问题的研究上有着广泛的应用。然而对于不规则波折射绕射问题研究，缓坡方程还处于发展研究阶段，本文采用Ｐａｄｅ近似并仿Ｋｕｂｏ方法对缓坡波动方程进行了推导，得到了一个含有时间高阶导数项的不规则波缓坡方程，随即采用ＷＫＢ方法对这个不规则波的缓坡方程进行了简化，推导出一个较为实用的含有一阶时间导数的不规则波缓坡的波动方程。通过数值手段对所推导的不规则波缓坡方程进行了数值模拟，其结果与物模实验较为一致     

修正型缓坡方程的有限元模型

与缓坡方程相比,修正型缓坡方程增加了地形曲率项和坡度平方项,从而提高了数值求解的复杂性。本文将计算域划分为内域和外域,内域为水深变化区域,使用修正型缓坡方程,其中的地形曲率项和坡度平方项可用有限单元各节点的水深信息和单元插值函数表示,外域为水深恒定区,速度势满足Helmholtz方程,通过内外域的边界匹配建立有限元方程,并用高斯消去法求解。进而分别模拟了波浪传过Homma岛和圆形浅滩的变形,其结果与相关的解析解和实验数据吻合良好,证明了本文有限元模型的正确性。同时,通过与实验数据的对比也明显看出,在地形坡度较陡的情况下,修正型缓坡方程较缓坡方程具有更高的计算精度。     

结合椭圆型缓坡方程模拟近岸波流场

波浪向近岸传播的过程中,由波浪破碎效应所产生的近岸波流场是近岸海域关键的水动力学因素之一.结合近岸波浪场的椭圆型缓坡方程和近岸波流场数学模型对近岸波浪场及由斜向入射波浪破碎后所形成的近岸波流场进行了数值模拟.计算中考虑到波浪向近岸传播中由于波浪的折射、绕射、反射等效应使局部复杂区域波向不易确定,采用结合椭圆型缓坡方程所给出的波浪辐射应力公式来计算波浪产生的辐射应力,在此基础上耦合椭圆型缓坡方程和近岸波流场数学模型对近岸波流场进行数值模拟,从而使模型综合考虑了波浪的折射、绕射、反射等效应且避免了对波向角的直接求解,可以应用于相对较复杂区域的近岸波流场模拟.     

非结构化网格下椭圆型缓坡方程的数值求解

椭圆型缓坡方程是一种用线性波浪理论研究近岸波浪传播变形的有效波浪数学模型。非结构化网格下的有限容积法不仅对复杂边界的适应性好,还能保证迭代求解过程的守恒性。建立了非结构化网格下的椭圆型缓坡方程数值模型。在模型中采用非结构化网格下的有限容积法对椭圆型缓坡方程进行了数值离散,结合GPBiCG(m,n)算法求解离散方程。数值计算结果表明,该数值模型可有效地用于模拟近岸缓坡区域复杂边界下波浪的传播。     

考虑风能输入的抛物型缓坡方程

在Radder和Kirby发展的波浪折射绕射缓坡方程抛物型模型基础上,对这种模型进行了改进,改进后的模型除可以考虑波浪传播过程中的底摩阻损耗、非线性作用外,加入了风能输入对波浪传播的影响。基于风能输入项的波浪模型数值计算结果表明,在纯风浪情况下的计算结果与传统的风浪计算方法结果一致,在波浪传播过程中由于风的作用,将导致波高比无风作用下计算的波高大。     

一种推广的缓坡方程

从流体力学基本方程出发，假定水流的涡量和垂向流速分量小量，推导出考虑非均匀水流的推广的缓坡方程，该方程中包含了△h^2h项和（△hh)^2项。在方程中引入底摩擦项、风能输入项和非线性项，其中风能输入项的推导考虑了风浪与涌浪的区别，风流情况依据青岛海洋大学的风浪成长经验关系，涌浪情况依据Snyder等人的观测结果。经过上述推广后，得到综合考虑折射、绕射、反射、非均匀水流、底摩擦损耗、风能输入及波浪非线性的推广的缓坡方程。     

利用有限元方法求解双曲型缓坡方程

本文提出了一种双曲型缓坡方程的有限元计算方法 ,在建立有限元积分方程时通过在造波线处加入脉动源项来实现内部造波 ,并在开边界处利用阻尼层吸波 ,减少了在边界处由于数值处理引起的误差。数值计算结果与实测值吻合良好。本方法可用于大区域波浪场的计算中     

结合抛物型缓坡方程计算波浪辐射应力

将波浪辐射应力与抛物型缓坡方程中的待求变量联系起来,提出了一种计算辐射应力的新方法,并用有限差分法对控制方程进行了数值求解。数值结果表明这种方法精度高、编程简单、求解快速,可用于实际大区域波浪辐射应力的计算。     

基于遥感海浪信息的近岸水深反演模型

基于遥感影像的测深技术具有易获取、成本低和覆盖率大等优势,是目前的研究热点问题之一。为在波浪折射的基础上,进一步综合考虑绕射及非线性的影响,本文提出了一种基于海浪波数和波高信息的近岸水深反演模型。将模型与Berkhoff 椭圆形浅滩理想试验对比,平均误差为0.13%,显著小于现有基于频散关系反演水深的方法。进一步应用模型反演三亚湾近岸地形,通过与海图对比,平均误差为11.58%,且大部分区域的误差小于10%。部分区域误差较大,主要是由于遥感影像获取的波数空间分辨率和精度较低。以上结果表明该模型可以利用遥感海浪信息较准确推算近岸水深。本文对于近岸浅海区的水深反演工作具有一定的参考价值。     

海浪场非平衡信息论熵的研究初探

鉴于传统熵与时间无关 ,不能反映海 -气耦合机制下海浪场的基本属性———不可逆性 ,文章将非平衡信息论熵的概念引入海浪场的研究。依据海浪场相空间的Fokker Planck方程 ,首次推导出了非平衡信息论熵的熵平衡方程、熵密度、熵流密度、熵产生密度、广义力和广义力密度的具体表达式。     

雷达探测海浪及其方法的研究

根据连云港714天气雷达(波长10.6cm)探测到的海浪回波资料,结合实测风浪资料,分析了海浪回波特征,得到了海浪回波最远距离与最大风速的相互关系换算方法。     

渤海主要分潮的模拟及地形演变对潮波影响的数值研究

基于FVCOM数值模式,利用1972年和2002年水深岸线数据,分别对渤海主要潮波系统进行模拟,研究了水深岸线变化对渤海主要分潮的影响。结果表明渤海地形演变会引起各分潮无潮点位置移动和振幅的改变,其中M2、S2分潮黄河口附近无潮点位置向东北方向迁移20km以上,且渤海湾湾顶振幅减弱,莱州湾内振幅增强;K1、O1分潮位于渤海海峡附近的无潮点亦向东北方向偏移,移动距离为10km左右,且渤海湾湾顶振幅明显减弱。在此基础上,本文通过敏感性数值实验,对导致黄河口外M2分潮无潮点位置移动的主要因素进行了初步分析。结果显示,在岸线不变的情况下,水深变化导致无潮点向东北方向迁移;而岸线变化导致无潮点向东南方向迁移。     

粗糙地形对内波生成影响的实验研究

为了研究粗糙地形对内波共振生成的影响,本文在实验中采用粒子图像测速法(PIV)对内波速度场进行测量。实验中设置了两种不同尺度的粗糙地形,其中一种地形的粗糙尺度大于黏性边界层厚度(δ),另一种地形的粗糙尺度小于δ。结果表明两种粗糙地形都使共振内波的能量减弱,粗糙地形一侧生成的内波强度约为光滑地形一侧生成内波强度的40%。当粗糙地形的尺度大于δ时,在粗糙地形一侧除了共振内波以外还有明显的内波射线生成,粗糙地形上的每一个凸形间断点都成为了一个新的内波源点,每条内波射线的强度约为共振内波强度的1/10,由新源点生成的内波射线相位基本一致,落后于正压潮3π/5个相位。当粗糙地形的尺度小于δ时,粗糙地形一侧仅有共振内波生成,共振内波的相位与正压潮相位十分接近。     

南海深水海盆区现代沉积作用的初步探讨

研究在各种现代海洋环境下出现的沉积作用过程及其所形成的各类沉积物特征是海洋沉积学的一个重要内容,南海的自然条件为我们开展这一研究提供了理想的场所。以往国内外的研究工作主要集中在南部海域包括暹罗湾在内的巽他陆架以及北部中国沿海陆     

由正入射遥测海底介质参数方法初探

通过数值模拟计算发现，对于分层有吸收海底，在层厚已知的条件下，除最下面的介质以外．有可能利用垂直入射的脉冲声波遥测各层的密度、声速与吸收系数。此法的要点是，根据入射波和层参数的假设值算得反射信号，与实际反射信号比较；然后改变参数再作计算，直到误差最小为止．此时对应的层参数即为介质参数值实际的估计值。指出根据这种方法有可能实现以自适应方法遥测分层海底的介质参数。     

解浅水方程的集中质量有限元方法

本文给出三角形单元集中质量有限元解浅水波方程的方法以及该方法在IBM-PC微机上的应用实例并取得较好结果。     

浅海环流研究的一种新方法

提出在较强夏季跃层存在条件下的一种研究浅海环流的新方法。该方法是根据海洋温度和盐度的时间和空间变化资料．以及该水层通过其边界（海－气或跃层）所进行的热量和质量交换，计算环流的流速和流向。作为实例，对南黄海冷水团区进行了试验，结果表明，该方法合理、可行。     

菲律宾海透明度特征初探

研究菲律宾海透明度的变化规律,对国民经济和军事活动都有重要意义。以往由于缺乏资料,研究文献较少。本文根据国内外的有关资料,对菲律宾海的透明度特征进行了分析与研究,较详细地阐明了它的变化特点和规律。     

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.