最大熵法与传统法海浪谱估计的比较

一、问题的提出 海浪功率谱是描述海浪波面随机过程的基本特征参数,它既可研究海浪能量相对于频率的分布,又可研究海浪波面对外表现的统计规律。因此,准确求出海浪频谱具有重要的实用意义。目前常用的海浪频谱估计自相关法和周期留法,它们都引进一些假设及某种权函数的主观意志。最大熵法(MEM)是资料自适应谱估计法,它的窗函数是不固定的,是自身适应一个频率又一个频率,在一个频率上估计谱值很少受其它频率的方差     

外观海浪谱的比较和验证

不同于通常意义下的海浪谱(以下简称为“内频谱”),外观海浪谱描述的是海浪能量随外观频率的分布,它可以依据表征海浪外观统计特征的波高与调期联合分布从理论上确定.本文在Huang、孙孚等已有工作的基础上,对外观海浪谱进行了较为深入的研究.首先,纠正了Huang等论文中的某些错误,并将Huang、孙孚等据不同的联合分布导出的外观海浪谱进行比较;然后,分别计算这两种外观海浪谱的前三阶矩,并与内频谱的矩进行比较;最后,用实验和现场资料对从理论上导出的外观海浪谱进行验证.结果发现,当谱宽度v≤0.3时,外观海浪谱矩与内频谱矩差异很小,理论谱形与实测结果也非常接近.因而,在实际问题的应用中,若谱宽度不大,则就可以用本文讨论的外观海浪谱去替代目前从理论上尚不能得到的通常意义下的海浪谱.     

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.     

基于三阶斯托克斯波的谱估计及海浪数值模拟研究

为了拓宽建立深水非线性海浪频谱模型的研究途径,基于三阶斯托克斯波理论,提出了以改进的三阶斯托克斯波为组成波,以修正的自回归模型(AR)谱估计方法得到的估计谱(简称新谱)为靶谱的非线性海浪模型。通过基于模拟频谱和相位谱反演海浪波面高度时间序列(以下简称海浪时历反演方法)的谱比较方法验证了新谱的优越性,为从根本上解决精确评估海浪谱提供了技术支撑,对于增强未来掌控海战场具有重要意义。     

基于舰船耐波性的中国近海海浪特征统计(英文)

海浪是影响舰船行进和结构设计的最核心的环境要素。海浪参数的统计分析是建立舰船环境适应性长期预测模型的基础。对1993-2011年沿海台站、浮标观测资料,高度计观测资料和船舶报观测资料进行双线性插值,给出了海浪波高的分析场。利用波高分析场对WAVEWATCHIII(WW3)模拟结果进行最优插值同化。给出了海浪统计玫瑰图、极端海浪统计参数和海浪累年二维极值海浪谱等与舰船耐波性有关的海浪统计参数,分析了中国近海的波浪特征。     

胶州湾风浪频谱的拟合模式

一、引言海浪谱已成为当今海浪研究的中心问题。自Neumann最先于1953年提出一个风浪频谱表示形式,并用于海浪预报以来,三十多年来,许多海浪研究者一直在致力于求得一个精确和符合实际的海浪谱。其中Pierson和Moskowitz(1964)的充分成长风浪谱、我国文圣常教授所领导的研究组(1966)提出的深浅海波谱、Hasselman等人(1973)提出的受制于风区的JONSWAP谱,在海浪预报、海浪模拟及工程设计中应用较广泛。这些谱和其它一些谱都具有基本相似的形式,其中频率指数为常数和固定     

黄河三角洲海区的海浪频谱

海浪谱是表征海浪结构的一个重要特性,它不仅能揭示海浪的内部结构,而且还可描述海浪的对外表现特征。对于不规则海浪,人们常用方向谱来描述,目前大多写成 S(ω,θ)=S(ω)cosβθ 式中θ为谱中组成波的传播方向与主浪向的夹角,ω为圆频率,S(ω)为频谱,β为待定系数。 海浪频谱能清楚地指明波能集中的频带,这对海洋工程的波浪载荷计算具有重要意义。显然,用上述形式表示海浪方向谱,关键是得到其频谱。     

风浪槽内风浪外频谱谱形的一些特征

利用实验室风浪槽内测得的波面序列资料估计风浪外频谱。通过与实测风浪内频谱的比较,研究实测风浪外频谱的谱形特征,探讨海浪外频谱与内频谱的相似性问题。此外,还检验一种理论海浪外频谱。     

论运动坐标系中的海浪谱

基于Galieo变换，导出了运动坐标系与静止坐标系中海浪谱间的关系。由于海浪是频散的，两者间的关系是频率相关的。运动坐标系中的海浪频谱是与静止坐标系中的海浪方向谱相联系的。以文氏谱作为静止坐标系中的海浪频谱，给出了不同速度下运动坐标系中的海浪频谱。     

最大熵法与传统法海浪谱估计的比较

海浪功率谱是描述海浪波面随机过程的基本特征参数，它既可研究海浪能量相对于频率的分布，又可研究海浪波面对外表现的统计规律。因此，准确求出海浪频谱具有重要的实用意义。目前常用的海浪频谱估计自相关法和周期图法，它们都引进一些假设及某种权函数的主观意志。     

基于同步风场的机载SAR海浪参数反演方法

针对机载合成孔径雷达(SAR)对海探测特点,采用多入射角法从SAR数据本身得到与海浪参数反演区域时空匹配的同步海面风速和风向,并结合线性变换关系,计算得到海浪初猜谱对应的仿真SAR图像谱,将仿真SAR图像谱和观测SAR图像谱输入代价函数中进行迭代运算,通过非线性方程的解算得到最适海浪谱;采用交叉谱法去除海浪传播180°方向模糊,最终得到海浪参数。论文提出的基于同步风场的机载SAR海浪参数反演方法,充分利用了机载SAR海洋环境探测的优势,解决了传统SAR海浪参数反演中初猜谱构造依赖外部风场的问题,机载同步飞行试验的海浪参数反演结果与浮标观测值的有效波高、波向的均方根误差分别为0.23 m和13.23°,验证了该方法的有效性,可为机载SAR海浪参数反演业务化提供支持。     

基于实测资料的双峰标准谱研究

根据江苏响水测站2017年的实测波面数据,通过快速傅里叶变换法进行海浪谱估计。筛选出符合标准的双峰谱型的样本谱322个,计算海浪谱参数,并与通过实测波面统计得到的波要素进行对比,验证谱分析方法的准确性。将海浪谱标准化,得到响水海域平均无因次谱曲线并求出对应的谱参数。基于低频分谱与高频分谱叠加的思想,采用4种经典的理论海浪谱模式对实测双峰标准谱进行拟合并确定相应参数,比较不同理论谱的拟合效果。通过计算发现采用Neumann谱与Jonswap谱组合的方式可以得到较好的拟合效果,对我国其他类似海域双峰型海浪谱的研究具有一定的参考价值。     

规则海浪谱和海浪谱的叠加分析方法

海浪谱是描述海浪、揭示海浪内部结构的最有力工具之一。人们已经获得了大量的实测海浪谱,其中包括少量的方向海浪谱。这些实测谱除了直接为港口工程、船舶设计、采油平台等海洋工程设计部门提供区域性的海浪参数之外,在海浪研究方面也以实测谱为根据,建立了已被广泛使用的Neumann谱、P-M谱、JONSWAP谱等深水风浪谱关系式,也做了一些建立浅水谱和方向谱的尝试,但总的来说,对实测海浪谱的利用是不够的。     

X波段雷达海面回波谱宽特征研究

海面电磁回波频谱宽度与海浪波高密切相关,可应用频谱宽度进行海浪有效波高反演。本文应用线性滤波法仿真出了海表散射面元在雷达视向上的投影速度,建立了回波谱宽模型,分析了雷达空间分辨率、回波时间序列长度及海洋环境参数等因素对频谱宽度的影响,同时还针对如何在实际观测过程中选择回波时间序列长度、观测方位角等参数进行了讨论。最后还将理论结果与CSIR-X波段雷达实测数据谱宽估计结果进行了比较。结果表明,剔除雷达噪声以及频率泄露的影响后,基于高斯分布标准偏差的谱宽估计方法所得结果与理论结果吻合很好,这从而证明了理论结果的可靠性。本文所得结果对海浪有效波高反演具有一定参考价值。     

1156测波仪资料的外方向谱计算方法研究

基于海浪的外观特征提出了一个用1156测波仪资料计算海浪外方向谱的方法，并与S4测波仪同步资料的海浪外方向谱进行了比较，得出1156外方向谱、S4外方向谱和1156方向谱三者主波向的一致性在80％以上。两种外方向谱的谱图也极为相似。1156海浪外方向谱80％能量展角大于S4海浪外方向谱80％能量展角，这可能与1156测波仪受海面风和表层流影响较大有关。分析说明1156与S4的海浪外方向谱其代表性都是可以肯定的，且方法简单、实用，很有必要与直接观测的外方向谱进行比较，以确定这种计算方法的实用价值。     

基于多层感知器的风涌浪分离方法

风涌浪分离是研究风浪、涌浪各自特性的基础,但受限于海浪谱数据的匮乏,基于海浪谱的风涌浪分离方法难以普及应用,有效的解决办法是采用波浪观测中容易获取的基本波要素进行风涌浪分离。现有方法无法利用基本波要素全面计算出风浪、涌浪的比例及其特征参数,为此本文将机器学习引入到风涌浪分离中,以多层感知器模型为基础,提出了一种利用基本波要素、风要素准确计算出风涌浪参数的方法。该方法需要每个测站提供至少466笔、建议766笔及以上的实测波浪数据作为训练样本,适用于台湾海峡3个测站,在计算精度上显著优于基于海浪频谱的传统风涌浪分离方法,可为本海域缺乏海浪谱的测站提供替代性的风涌浪计算方案,有助于扩大实测风涌浪资料的来源,进而加强风涌浪分布特性以及预警预报研究。     

基于拟层流风波生成机制的海浪谱模型

海浪谱的能量可以视为由具有不同相速度的谐波携带的能量所组成。基于对风波形成、发展过程的认识,认为各组成谐波的能量由谐波自平均风摄取而来,由此根据拟层流模型推导出谐波能量密度的计算公式,建立以等效风速和峰值频率等为基本参数的海浪谱模型——随机Fourier函数模型,并给出了确定谐波频率、波长、相速度、振幅以及等效风速等模型参数的原则和计算方法。在59个实测样本谱基础上,采用随机建模方法确定模型参数的取值及其概率分布。结果表明,海浪谱模型可以很好地预测谱能,所计算的物理谱与实测谱均值吻合良好。     

双峰谱型海浪的波高和周期分布

本文利用收集到的实测双峰谱型海浪过程资料，把这些资料以波高和周期的相关系数为参数分成５组，讨论每组双峰谱型下被高、周期的统计分布．并探讨了相关系数对波高分布和周期分布的影响。     

双峰谱型海浪的波高和周期分布

本文利用收集到的实测双峰谱型海浪过程资料，把这些资料以波高和周期的相关系数为参数分布５组，讨论每组双峰谱型下波高、周期的统计分布，并探讨了相关系数对波高分布和周期分布的影响。     

广东阳西近岸海域海浪谱分析

根据广东阳西近岸海域测站1a实测共4 949组的原始随机波面观测记录,用自相关函数法和快速傅里叶变换法进行谱估计,得到波谱各特征参数,并与实测波面统计的特征值进行比较,经分析,选用快速傅里叶变换法估计研究海域的实测谱,对粗谱进行平滑和分析,筛选出研究海域海浪的样本谱498个,将平滑后的谱形无维量化,得到广东阳西海域海浪无维量平均谱曲线并求出对应谱参数,计算得到谱峰频率f0为0.121,特征频率μ10、μ20分别为1.929、2.733,谱宽度ε、ν为0.83、1.39.采用5种理论频谱模式对实测无维量谱进行拟合,根据拟合结果推荐γ=1.920 5的JONSWAP谱或者b=5.7、δ=6.0、k=0.5的莆田谱作为广东阳西近岸海域的海浪谱型,对该海区的工程建设、海浪预报警报和海浪理论研究具有较好的参考作用,对我国其他类似海域也有一定的参考价值.