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。     

未破碎变浅随机海浪的波面高度概率分布

利用青岛海洋大学物理海洋实验室现代化的大型水槽,设计进行了多种海浪强度下,由深水传入近岸不同坡度水底上的变浅随机海浪的实验.依据实验资料分析结果表明,对变浅非正态海浪过程而言,其波面高度分布取Gram-Charlier级数前3项,所得结果与实验分布符合良好.该分布中σ、λ₃、λ₄3个参量是测点水深和波浪强度的函数,并获得了与无因次参量Hs/d之间的经验关系,为预测变浅随机海浪的波面高度分布提供了可能.     

海面动量、感热和水汽输送的动力学分析

基于大气边界层动量、感热和水汽通量的基本方程,定量地计算了波动海面的动量、感热和水汽通量。首先,应用Prandtl的混合长概念,推导出贴海面大气层中风速、位温和比湿的涡动交换率及其贴海面层厚度,并且证明了波面上位温或比湿贴海面层厚度与速度贴海面层厚度的比值,和平面上的相应比值完全相等。随后,利用空气动力学理论讨论了贴海面动量、感热和水汽输送的参数化问题。最后,对现有五种理论模式进行了比较说明。     

海浪局部频率及波面水质点局部速度的统计分布

根据平稳正态随机过程和Ｈｉｌｂｅｒｔ变换的性质,推导了海浪局部频率及波面水质点局部速度的统计分布,以Ｐｉｅｒｓｏｎ－Ｍｏｓｃｏｗｉｔｚ谱为例进行了讨论。本文的结果为解释与海上结构物ｒｉｎｇｉｎｇ现象产生有关的海浪事件提供了一种可能的参考依据。     

一种海浪破碎的判别方法

本文提出一种以波面斜率为判据的海浪破碎的判别方法,其中使用的波相速(作为时间函数)是由Hilbert变换技巧自固定点波面高度记录计算出来的.用实验室机械产生的波列对此方法作了检验,效果较满意;将此方法用于外海风浪破碎的判别,就仅取得的6和5m/s风速下的结果而言,是定性合理的.     

有限水深下独立波群的能量变化试验研究

为了研究独立高斯型波群在中等水深条件下的非线性演化情况,进行了多种波况的物理试验,重点分析了波浪各要素对波群非线性演化的影响。试验结果表明,波陡在波群演化中占主导作用,其次是波群的谱宽,前者引起的非线性主要体现在高阶谐波的能量变化而后者引起的非线性主要体现在自由波能量的变化。频带下移现象只在大波陡情况下才会发生,随着波陡的增加,频带下移发生的相对更早,随着波群的谱变窄,频带下移相对越明显。波陡的增加会使得波群更早的开始分裂。大波陡的波群在演化中会发生破碎,破碎的类型以崩破为主,并且崩破是间歇发生的,连续崩破发生的距离约为1.0～1.5倍波长。此外,破碎引起的能量损耗主要来源于主频和高频成分波,耗散率约10%～18%,平均每个崩破能耗约为初始能量的2%。     

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。     

波浪对阻抗型圆柱群的绕射

应用柱面上阻抗型边界条件分析单柱和圆柱群上波面高度和总波浪力的分布规律。随着阻抗值减小波面高度明显减小,柱上总的波浪力也随之减小。由于柱间干扰和阻抗影响,波浪力在一定的波数尺寸范围内出现急降区,阻抗型柱的变化平缓,而刚性光滑壁面柱降低显著,说明阻抗越小柱间波浪散射强度越小。     

四阶非线性海浪波面高度的统计分布

基于非线性随机海浪模型,在四阶近似下,通过直接求矩的方法,导出了海浪波面高度统计分布为截断的Gram-Charlier级数.解释了Huang等发现的增致λ~g时符合更坏的现象.讨论了近似阶次对级数截断和系数确定的影响.对于m阶近似,分布级数的截断项为H_(3m-3),并且H_(3m-4)项不出现,H_(3m-3)与H_(3m-6)项的系数间存在简单的代数关系.     

浙江东部海域沉船海难海浪灾害性特征分析

利用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的再分析数据,分析了2015—2021年发生在浙江东部海域9起沉船海难事故的海浪灾害性特征。结果表明：沉船海难事故的发生往往伴随着波高或波陡的增大,使得船舶的纵摇和垂荡加剧。海难发生时波高比12 h前增大0.5 m以上,或是海难发生3 h以内波面坡度达到峰值。沉船海难还伴随着风浪向与航向的夹角、风浪向与涌浪向的夹角约为60°～100°,即船向与某一种浪向接近垂直,使得船舶横摇剧烈。此外,结合一个代表性沉船事故个例进行过程总结,分析了较陡的波面坡度、较大的风浪向和涌浪向夹角产生的原因。