风浪频谱中的特征量

在三参量风浪频谱的基础上对谱参量进行深入地研究,给出了谱参量与风场要素、波场要素的关系,提供了依据风场要素、波场要素及实测波浪资料计算谱参量的方法。从而可以依据上述因素直接计算出三参量风浪频谱。此外还根据谱宽度的变化,描述了风浪频谱的成长方式,解释了传统的波陡、波龄关系中经验常数的不同选取所代表的物理背景。     

海面粗糙度方案的适用性研究

由量纲分析导出海面粗糙度与波龄及海面涌浪的状况有关,并对与波龄和波陡有关的两种海面粗糙度模型方案进行了敏感性测试,得出利用波龄模型方案计算粗糙度的误差比利用波陡模型方案小。基于国际上6个不同水深、风区和海况条件的海气交换试验资料,将其分为两组,一组是纯风海或以风海为主海况条件,另一组是以涌浪为主海况条件,测试波龄、波陡模型海面粗糙度方案在不同试验条件下的适用性。结果得出:在各种海况条件下,波龄模型粗糙度方案比波陡模型具有更好的普适性。在纯风海或以风海为主海况条件下,PS07,DGHQ03方案计算的粗糙度长度与实测资料计算结果最接近,GW06方案次之,O02方案计算结果明显偏高;涌浪为主海况条件下两种模型方案计算的粗糙度长度均偏低,O02方案计算的粗糙度长度误差相对较小,TY01方案误差最大。     

风浪周期分布与谱宽度的关系

本文通过分析实验室风浪周期分布,发现风浪周期累积概率分布曲线低于Longuet-Higgins理论结果,在小概率周期区域实验结果与理论结果的差异明显。对实验结果进一步分析发现,在谱不是很窄时,在小概率处风浪周期累积概率随谱宽度的增大而降低,这与窄谱假定下的理论结果相反,Longuet-Higgins理论结果在小概率处不便于描述周期分布随谱宽度的变化。根据实验结果提出风浪周期的Weibull分布经验公式,Weibull分布中的参数依赖于谱宽度。     

应用特征波预报公式进行台风浪计算的一个根本缺陷

Wilson方法和井岛方法均是移动风区上著名的波浪推算方法,被广泛应用于台风波浪的推算和预报上。本文通过分析指出:使用上述方法以海洋工程界所推行的风浪预报公式作台风浪推算时,所得特征波波陡将与台风浪实测波陡分布定性不符,并指出产生这种缺陷的原因。     

考虑非线性频散效应的风浪关系及其应用

随着我国沿海地区海洋经济的快速发展,相关海域的风浪规律的研究越来越受到人们的重视。依据Toba的风浪3/2指数律和非线性频散关系推导得到一个新的波陡波龄关系式,简化获得适用于深水情况下的波陡波龄关系式;基于考虑非线性频散效应的波龄波陡深水关系式,并结合有效波能量平衡方程,进一步推导出包含非线性频散效应的深水海域风浪公式。利用新的深水风浪公式,并结合Mitsuyasu开阔海域风区、风速经验公式,研究了江苏沿海海域的风浪规律,且与NCEP再分析风浪数据以及其他公式结果进行对比分析。分析结果表明所获得的新深水风浪公式适用范围更广,且在只考虑风速这个单一参数条件下计算得到的江苏外海波浪要素与NCEP再分析风浪数据吻合程度最好,且更接近其他学者的研究成果。计算过程可避免开阔海域风区长度推算的不确定性和人为因素所产生的误差,可为我国风浪成长规律的理论研究和海洋工程深海风浪要素推算提供参考。     

风浪状态对海面粗糙度影响

风浪状态参数常用于对海面粗糙度的参数化。中等风速条件下考虑风浪状态参数影响的海面粗糙度参数化方案常存在自相关效应,本文通过分析实测数据得到了无量纲粗糙度随波陡变化的参数化方案,该方案能够有效去除自相关效应;高风速下风浪状态对海面粗糙度仍存在影响,文中基于新得出的中等风速下的海面粗糙度参数化方案,考虑海面飞沫悬浮层的影响,建立了适用于高风速条件下的海面粗糙度参数化方案,该海面粗糙度方案同样考虑了波陡的作用,将该方案计算出的理论值与实测数据进行比对,发现随着波陡的变化,理论值基本涉及测量值的覆盖范围,说明新建立的高风速条件下海面粗糙度方案对海面风浪状态具有较好的敏感性,且该方案能够较合理地描述海气界面之间动量传输。将新提出的适用于高风速下的海面粗糙度方案加入到海浪数值模式中,模拟飓风Ivan产生的台风浪,利用浮标数据进行验证,结果显示模拟的有效波高相对模式默认方案具有较高的精度,说明采用本文新建立的适合高风速的海面粗糙度方案能够改进海浪模式的台风浪有效波高模拟结果。     

风浪统计性质的实验研究

本文为风浪统计性质的实验研究的第2部分.利用在第1部分中获取的风浪资料,着重讨论波高与周期的联合统计分布及其随风速、风区、水深、坡度等的变化规律.此外,还系统分析了理论结果与实际间存在差异的原因及影响统计分布的有关参数.     

海浪的特征波陡

在现有的海浪要素统计分布的理论框架下具体地推导了二维海浪波良与波长的联合统计分布,波长统计分布以及波陡的统计分布,在此基础上对上特征波陡的定义及期 承风要素的变化规律做了较为细致的讨论。     

大型风浪水槽风浪成长的谱特征

利用大型风浪水槽实测风浪资料,分析水槽环境条件下风浪谱的成长特征,给出谱参数与风速、风区之间的经验关系     

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.     

海浪波面的信息熵与海浪的谱宽度参量

将信息熵（ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｔｒｏｐｙ）引入到浪波面的研究，通过谱的参量化，建立了谱宽度参量Ｐ，Ｒ，ε＾２，ｖ＾２与它们对应的信息熵之间的关系，这些谱宽度参量，皆可引人到波面与波高的分布函数之中，并指出谱宽度参量具有熵的含义，给出了海浪波面熵的一种合理表示。     

海浪周期关系的研究

本文利用现场观测数据、实验室风浪槽观测数据和由文氏谱及JONSWAP谱生成的模拟数据,研究了有效周期与谱平均周期、谱峰周期与谱平均周期以及有效周期与谱峰周期的关系,通过数据拟合给出了相应的关系式.研究发现,有效周期与由谱的负阶矩计算的平均周期之间的关系更加稳定,并且有效周期与负2阶矩计算的平均周期几乎相等,均代表了海浪主导波对海浪平均周期的贡献.     

风浪状态对海面拖曳系数的影响

通过对四种参数化方法的比较,认为风海雷诺数RB较风速、波龄和波陡能更好地描述拖曳系数CDN。利用分组平均法对CDN与RB关系进行处理,得到最佳的CDN参数化方案。利用COARE3算法测试了四种依赖海况的粗糙长度,与实测结果进行了比较,结果表明CDN与RB的关系式更真实地反映了海-气界面动量交换过程。     

三阶Stokes型随机波浪载荷谱研究

应用非线性谱分析理论，对三阶Stokes型随机波浪载荷谱进行了分析，将波面方程及海水质点的水平速度用一阶波面的非线性组表示，导出了随机波浪谱的表达式。为了便于求解随机波浪的载荷谱，将阻力项展开为幂级数式，并应用非线性谱分析理论，确定了幂级数的系数，进而将波浪载荷表示为一阶波面及其导数的非线性组合，最后得出波浪载荷谱密度的表达式，并应用数值分析方法，得出单位桩柱波浪力及总波浪力谱密度。     

海浪破碎对海洋上混合层中湍能量收支的影响

海浪破碎产生一向下输入的湍动能通量,在近海表处形成一湍流生成明显增加的次层,加强了海洋上混合层中的湍流垂向混合。为了研究海浪破碎对混合层中湍能量收支的影响,文中分析了海浪破碎对海洋上混合层中湍流生成的影响机制,采用垂向一维湍封闭混合模式,通过改变湍动能方程的上边界条件,引入了海浪破碎产生的湍动能通量,并分别对不同风速下海浪破碎的影响进行了数值研究,分析了混合层中湍能量收支的变化。当考虑海浪破碎影响时,近海表次层中的垂直扩散项和耗散项都有显著的增加,该次层中被耗散的湍动能占整个混合层中耗散的总的湍能量的92.0%,比无海浪破碎影响的结果增加了近1倍;由于平均流场切变减小,混合层中的湍流剪切生成减小了3.5%,形成一种存在于湍动能的耗散和垂直扩散之间的局部平衡关系。在该次层以下,局部平衡关系与壁层定律的结论一致,即湍动能的剪切生成与耗散相平衡。研究结果表明,海浪破碎在海表产生的湍动能通量影响了海洋上混合层中的各项湍能量收支间的局部平衡关系。     

随机波面概率统计中的动力学应用

通过构造带有随机初步条件的微分方程,论述了在线性海浪范围内动力学与统计学的协调性,然后把水波动力学中的研究成果引进随机波面统计中获得了非线性波面的概率分布形式,并由浅水因子和浅水波陡作为分布函数中的控制参量,从而发展了随机海浪的统计理论。     

大糙率礁面影响下珊瑚礁海岸附近规则波演化及爬高试验研究

本文通过波浪水槽试验研究了大糙率礁面影响下波浪沿礁的演化和爬高规律,测试了一系列规则波工况并对比了光滑礁面和粗糙礁面的情况。结果分析表明：二次谐波是礁坪上透射波的重要组成成分,粗糙礁面使主频波和二次谐波减小,对更高阶波的影响不显著;相对礁坪水深是描述礁坪上波浪透射的关键参数,礁面从光滑变为粗糙时海岸附近透射系数显著减小,能量衰减系数平均增大了8%,但礁前反射系数与礁面糙率之间无明显关系;礁后岸滩爬高随着透射波高的增大而增长,最后拟合了本文试验条件下珊瑚礁大糙率礁面预测规则波爬高的关系式。