风浪波高和周期的联合概率密度分布

本文采用有代表性的44008美国国家浮标站2003年1～3月实测的海浪谱密度资料,选取三次大风过程进行风浪谱分析。通过对实测平均海浪谱与PM谱、JONSWAP谱及Torsethaugen谱的比较,得到PM谱拟和最好。然后用国际上最先进的随机波分析方法,根据协方差矩阵的循环嵌套技术,以实测平均谱与PM谱为靶谱,对随机波面进行模拟。得到由模拟波面统计的特征值及估计的谱与实测谱结果极为相近,谱峰及谱峰频率都基本一致。说明利用模拟波面研究海浪具有代表性,它可以反映实测海浪的特征。利用Longuet-Higgins(1983)模型计算波高-周期联合概率密度分布,得到变换高斯过程计算的波高、周期联合分布与实测情况基本相同,更好地描述了波高-周期联合概率密度分布。     

由模拟波面统计分析波高－周期联合分布

阐述以实测或拟合海浪谱为靶谱，用等能量分割法作波面数值模拟，从而利用模拟波面统计分析波高（Ｈ）－周期（Ｔ）联合分布。对波候的Ｈ－Ｔ联合分布、长时段海浪连续记录的Ｈ－Ｔ联合分布以及风浪、涌浪和混合浪的Ｈ－Ｔ联合分布进行了讨论。结果表明，只要已知特征波高和周期，就可反演出模拟波面，进而估测Ｈ－Ｔ联合分布情况，这对了解与各种特征波高对应的周期问题及在海洋工程应用上有一定的参考意义。     

由模拟波面统计分析波高—周期联合分布

阐述以实测或拟合海浪谱为靶谱，用等能量分割法作波面数值模拟，从而利用模拟波面统计分析波高（Ｈ）－周期（Ｔ）联合分布，对波候的Ｈ－Ｔ联合分布，长时段海浪连续记录的Ｈ－Ｔ联合分布以及风浪，涌浪和混合浪的Ｈ－Ｔ联合分布进行了讨论，结果表明，只要已知特征波高和周期，就可反演出模拟波面，进而估测Ｈ－Ｔ联合分布情况，这对了解与各种特征波高对应的周期问题及在海洋工程应用上有一定的参考意义。     

双峰谱型海浪的统计性质

本文利用收集到的实测双峰谱型海浪过程资料,分析讨论了双峰谱形下波高、周期的统计分布,以及波高与周期联合分布及混合浪的有效波高和有效波周期的计算问题,得到若干重要结论.     

挪威北海最大波高的影响分析

最大波高作为表征海浪强度和危险程度的重要指标,既是设计波浪推算的依据,同时又对海洋预报有重要的作用。基于瑞利分布得到的最大波高公式,不能体现波陡和谱宽度等非线性因素的影响,由该公式得出的理论最大波高与实际观测值有偏差。采用相位平均方法的海浪数值模型分析,可以根据海浪谱计算得到有效波高,却无法给出最大波高。本文通过分析挪威北海定点十年的船测波面资料,得出波浪谱,进一步推算出波陡和谱宽度对最大波高的影响。首先提出一种实测波数的替代方式,然后分别研究波陡和谱宽度对最大波高的影响。研究发现随着波陡和谱宽度的增加,Hmax/Hs逐渐减小,并拟合出最大波高与Cartwright谱宽度参数的公式,得到较好的拟合效果。     

偏态海浪过程的数值模拟

本文对Polge等人提出的“相关传递法”作了进一步数学分析,论证了其成立条件和适用范围.考虑波面偏度对谱形的影响,将模拟的靶谱加以改造,建立了“准相关传递法”.在同时考虑波剖面高度分布和谱两个条件下,对偏态海浪过程进行数值模拟.就模拟结果,分析了以Weibull分布拟合波高分布时,其波面偏度对波高分布中两参数的影响. 文中选用1980-1981年在胶州湾观测的波浪资料对“准相关传递法”加以检验和比较.结果表明:就波高分布、波面极大(小)值分布而言,准相关传递法明显优于传统的线性叠加法,比线性叠加法模拟的结果更接近于实测资料.     

南海深水区双峰型海浪谱特征研究

基于南海深水区波浪实测资料,对双峰型海浪谱的演化过程进行了分析,并对双峰型海浪的波高、波向、谱峰周期、出现时间和常用双峰谱模型的适用性等方面进行了研究。结果表明,双峰型海浪出现时波高普遍小于2m,其涌浪部分谱峰周期约11.37s;Ochi-Hubble谱在南海的适用性较好。研究成果可为南海深水区油气资源的开发、设计提供参考。     

基于实测数据的台湾海峡中部波浪特征分析 *

利用台湾海峡中部2号大浮标2017年全年的实测波浪资料, 对海浪的基本波要素及其与风的相关性、波谱特性进行统计分析, 得出了重要特征波参数之间的回归关系和适合台湾海峡中部的海浪谱形式。研究结果显示: 1) 台湾海峡中部的常浪向是NE向, 强浪向是NNE向, 月均有效波高的变化范围为0.87~2.98m, 7月波高最小, 12月波高最大, 波周期与波高有着相似的月际变化趋势; 2) 主要波浪类型是以风浪为主的混合浪, 谱型上以单峰为主, 波高与风速整体上呈正相关关系, 大浪主要由台风和强劲的东北季风引起; 3) 波浪的平均周期与大部分特征波周期之间具有良好的线性相关性, NNE、NE方向的波浪有效波高和有效波周期线性相关性较强; 4) 相比于Jonswap谱, 规范谱一是更符合本区域的海浪谱模式, 给出了基于有效波高和谱峰周期拟合的规范谱一形式。这些研究成果可为海洋工程设计和波浪数值模拟提供参考。     

数值模拟波浪的外观海浪谱

近十几年来,波浪的数值模拟已在国内外进行了深入研究,并得到了广泛的应用。本文拟由电子计算机产生的人为数字——模拟波面,估计出模拟波浪的外观海浪谱。计算表明,数值模拟波浪的外观海浪谱也具有与实测海浪的外观海浪谱类同的一个特征,即,它们各自的外观海浪谱与靶谱在谱形上颇为相近。因此,又从另一个侧面证实,     

SWAN模型对实验室小尺度浅水波浪模拟研究

基于浅水斜坡地形的物理模型试验数据,考察SWAN模型对实验室小尺度浅水波浪的模拟效果,进而检验其浅水项的模拟精度。模拟中采用直接输入初始测点的实测海浪谱进行造波,重点考察浅水中三波相互作用和变浅破碎两个源项,对不同工况下,SWAN模式在水深条件变化下的有效波高、谱平均周期、海浪谱演化的模拟能力进行研究。研究表明:模拟的有效波高较符合实测波浪的增长和衰减,但谱平均周期计算值明显偏小;海浪谱的能量转移机制同实测有较大区别,频谱模拟结果出现高频高估、低频低估现象。对两个源项进行对比分析得出三波相互作用对海浪谱的能量转换影响远大于变浅破碎耗散。想要提高近岸区谱平均周期和海浪谱的模拟精度则SWAN模型中三波非线性项的计算精确度仍需更多研究和改进。     

Statistics of Wave Crest Characteristics

The statistical distribution of wave crest characteristics such as crest length, crest height, joint crest height and length are analyzed based on numerical simulation of 3-D random waves. The effects of directional functions and wave crest defining methods on crest characteristics are also studied.The results show that wave crests are no longer uniform and continuous in directional wave field; the distribution of crest length is obviously influenced by the directional function; the statistics of crest characteristics obtained by the two different methods are almost the same.     

斋堂岛东南海域波浪特征及海浪谱分析

利用斋堂岛东南海域2013年至2014年的实测波浪资料,统计分析了本海域波浪特征,为波浪能资源评估提供基本波浪参数。统计结果表明,本海域年平均有效波高为0.60 m,最大波高为5.30 m,平均周期为3.3 s,最大周期为8.3 s,常浪向为E-SE向。本文亦讨论了本海域波高分布和波高与周期的关系,并基于JONSWAP谱谱型的基本结构,拟合得到适用于本海域的海浪谱谱型,可为海洋能发电装置的布设及相应的工程建设提供一定的参考。     

Statistics of wave forces on large horizontal cylinders

To the first order in a Stokes expansion, the pressure force exerted by a sea state on a large horizontal cylinder represents a stationary random Gaussian process. A relationship is obtained between the spectrum of this process and the wave spectrum. As a consequence, the basic statistical properties of the height and period of the individual waves of the force-process are also obtained. It is proven that these statistical properties agree very well with the data from a small scale field experiment.     

The distribution of zero-crossing wave heights and periods in a stationary sea state

Existing theoretical distributions of wave height and period do not reflect measured joint distributions from field data. A simulation methodology is introduced to retain the essential features of the theoretical background in Gaussian random noise but to avoid further compromising assumptions in the interpretation of height and period in the amplitude domain. A joint distribution can be associated directly with an empirical or measured variance spectrum. Spectral shape appears to dominate the detail of predicted joint distributions. There is generally a much sharper decay in probability levels at higher periods than is predicted by theoretical models. For Jonswap spectra, there is a dominant central ridge and a distinct bimodal structure in the joint distribution, features that are not evident in symmetric Gaussian spectral forms. The wave height distributions for Jonswap spectra differ little from the Rayleigh distribution, except at extreme wave heights where Rayleigh overpredicts. The period distributions are strongly sensitive to spectral shape. In the conditional distribution of periods, given the height, the asymptotic median period at extreme wave heights is significantly longer than the mean period for Jonswap spectra, but not for symmetric Gaussian forms.     

广东阳西近岸海域波浪的分布特征

通过对广东阳西近岸测站1a实测波浪资料及岸边同期风资料的整理与分析,探讨了该海域的波浪特性,得出研究海域不分方向H1/10年平均值为1.00 m,常浪向为SE向,出现的频率为38.35%,强浪向为SE向,观测期间的最大波高出现在0814号"黑格比"台风期间,Hmax值为8.31 m.用已有的理论分布函数对实测统计数据进行拟合,筛选出研究海域的波高分布、周期分布及波高与周期联合分布的特征,结果表明双参数威布尔理论波高分布、杨正己威布尔周期分布、朗格-赫金斯83模式或者孙孚模式较为适用于本海区的波高分布、周期分布、波高周期联合分布;结合相应的风速风向资料,运用回归分析方法,建立了该地区的波高与风速之间、波高与波周期之间的关系.     

近岸带波高与周期分布的核密度估计

使用双变量核密度估计方法描述近岸带波高和周期联合概率密度分布与波高、周期边缘密度分布。结果表明,核密度估计方法比通常使用的参数模式能更好地显示出具有多峰的波要素统计结构,核密度估计的波周期带宽系数能反映波浪谱的某些信息,尤其以波周期带宽和谱宽参量具有良好的线性关系。     

斜坡堤典型胸墙波浪力的影响因素

为探求斜坡堤典型胸墙迎浪面所受波浪力大小的影响因素,设计前仰式、深弧式、后仰式和直立式4种结构型式胸墙进行相关的物理模型试验。通过在典型胸墙迎浪面间隔布置压力测点,获取所受波浪压力,并将其进行积分求和,得到胸墙所受波浪力,进而讨论相对波高、相对波长、斜坡坡度和胸墙结构型式对波浪力的影响。结果表明,相对波高与相对波长对胸墙所受波浪力影响显著;波浪力随着相对波高的增大而增大,随着相对波长的增大呈现先增大、后减小、再增大的变化趋势;波浪力随着斜坡坡度的增大而减小。斜坡堤弧形胸墙所受波浪力明显大于直立式胸墙所受波浪力;在斜坡堤弧形胸墙中,前仰式胸墙受力较其余两种型式胸墙受力小。研究结果将加深波浪对斜坡堤胸墙作用力的理解,为后续工程设计提供理论指导。     

浙江近海波浪能资源的初步研究

以2000年为例,采用SWAN波浪数值模型对浙江近海海域的波浪进行了全年模拟计算,并计算获得年、月平均波功率密度分布。研究表明,浙江近岸海域年平均波功率密度约为2~6 kW·m^-1,往外海逐渐增大;同时季节变化明显,秋、冬季节波功率密度较大,春、夏季节较小。另外,通过对浙北、浙中和浙南3个近海海区的波浪出现频率和波功率密度随波高和周期变化的分析可知,浙北海域波功率密度比较高的波高及周期范围和波浪出现频率较高范围较为接近,而其对应平均波功率密度相对较低;浙南海域波功率密度比较高的范围所对应的平均波功率密度较高,而与波浪出现频率较高的范围则略有差异;浙中海域居两者之间。总体而言,浙江近海波浪能资源丰富,且全年中可开发与利用的波浪能出现频率较高。