非平稳海浪过程谱估计的研究

在常规海浪谱估计中,海浪被视为平稳随机过程。然而,对由风暴引起的波场,有限风区波场,以及受折射,变浅和底部摩擦影响的浅水波场,则不能被视为平稳(或匀质)的。在某种意义上,可以说将海浪过程视为平稳随机过程是由于缺乏在物理上有意义的,数学上有严格证明的非平稳随机过程谱的概念而提出的。严格地说,海浪过     

非平稳海浪过程谱估计的研究

在常规海浪谱估计中，海浪被视为平稳随机过程。然而，对由风暴引起的波场，有限风区波场，以及受折射，变浅和底部摩擦影响的浅水波场，则不能被视为平稳(或匀质)的。在某种意义上，可以说将海浪过程视为平稳随机过程是由于缺乏在物理上有意义的，     

海浪过程平稳性的一种检验方法

一、问题的提出自Tayfun等将Priestley提出的非平稳随机过程的谱理论及其用滤波技术进行谱估计的方法应用到非平稳波场中来之后,非平稳海浪过程的谱估计技术已基本得到解决。文献[2]在Priestley和Tayfun等研究的基础上,提出了以成长风浪谱为依时谱的理论,较严格地阐明了谱宽度参量B_f(t,ω)和B_o(t,ω)的变化规律,使非平稳海浪过程谱估计在理论上更加完善;在应用上提出了对成长风浪谱进行优选的判     

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.     

联合海浪过程的数值模拟

早期,海浪被抽象成一些简单的模式(如正弦波、有限振幅波等等),而加以研究,也得到了许多能近似符合实际的结果。但是,对真实海浪而言,其内部结构和外观特征都是复杂的,且都受着随机性的制约。因此,自五十年代初期开始,人们已广泛地使用随机函数(随机过程)来作为描述海浪的模式。当用随机函数这种模式研究海浪时,海浪谱是一种有效的工具,而如何获得海浪谱便构成海浪研究中重要的问题。海浪谱可以通过多种途径获得,但利用海浪过程的现实(观测记录)求谱是最基本、最可靠的方法,这方面国内外已进行了许多的研究。     

由模拟波面分析双峰谱型海浪的统计特征

采用目前国际上最新的随机波分析方法,由协方差矩阵的循环嵌套技术,对美国国家浮标44008站2002年6月一典型的双峰海浪谱资料进行谱分析.以实测平均谱为靶谱,对随机波面进行模拟.得到模拟波面估计谱与实测谱极为相近,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.利用实测海浪谱密度,统计波特征量的周期概率分布,得到理论周期概率密度与估计周期概率密度分布相符较好,且与模拟波面的波周期分布也较好的一致.利用Longuet-Higgins(1983)模型计算了波高-周期联合概率密度分布.得到变换高斯过程计算的波高与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.     

现代海浪功率谱估计的改进算法

海浪谱是随机海浪的一个重要统计性质,它不仅包含着海浪的二阶信息,而且还直接给出了海浪组成波能量相对于频率和方向的分布。谱方法已经成为研究海浪及其有关问题的有力工具。文中主要参照现代谱估计中的THREE谱估计方法,对基于Kullback-Leibler度量的随机信号的功率谱估计方法中优化参数的求解算法进行了改进,并与基于Hellinger度量的谱估计方法进行了比较。通过数值模拟和谱分析证实基于这两种度量的功率谱估计算法都能有效地避免谱线分裂和谱峰偏移现象。     

CTOM方法于海浪二阶谱估计中的应用

自从Hasselmann等人[1]于1963年首次把二阶谱应用于海浪研究以来,二阶谱作为研究随机过程二阶非线性的有效工具,已在许多领域(包括海洋学、地球物理学、流体力学、等离子物理、电讯等)得到广泛应用.人们通过对被研究过程的二阶谱分析,获取在功率谱分析中得不到的信息,能够从其内部结构上比较合理地描述、解释如波-波相互作用、组成波之间能量传输等非线性现象.二阶谱分析技术现正日益受到人们的重视.     

平稳海浪过程谱估计最优设计

一、问题的提出在常规的海浪谱估计中,海浪被视为平稳随机过程,而以有限的样本长度通过对其自相关函数的估计,并进而用此估计值求谱和先求出周期图,然后以一定的权函数对周期图作加权平均,这两种谱估计方法已普遍被人们所接受.由于以相关函数或周期图作出的谱估计是渐近无偏而非渐近一致的估计,所以,为了得到渐近无偏和渐近一致的估计,就必须寻求进行周期图平均的权函数和寻求相关函数的权函数.而在已提出的、目     

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。     

变浅作用下的长周期重力波的实验研究

利用大型水槽设计了在由深水到近岸不同坡度处海浪在变浅作用下诱导产生的长周期重力波的实验。正态随机海浪在深水生成并沿斜坡向浅水传播,记录了不同水深处波面高度随时间的变化过程并进行统计分析和谱分析。实验数据分析结果表明,长周期重力波的能量随着水深的变浅而增高,其谱锋频率位于0.2~0.3fp附近,这里fp是深水正态海浪过程的谱峰频率。长周期重力波的能量与入射波的能量比与波面高度分布的偏度密切相关。进一步分析了两种波动的能量谱峰值比和波面高度分布偏度的相关关系,获得了经验关系,为预测近岸浅水长周期重力波提供了科学依据。     

平稳正态过程反正弦定律在海浪谱估计中的应用

“海浪谱”在海浪理论研究和工程应用方面都占有极为重要的地位。它不仅描述了海浪能量相对于组成波频率的分布,而且与海浪外观特征,如波高和周期等,有着固定的联系。许多学者已指出,在一般的条件下,处于“定常”状态的海浪可以近似地认为是正态的平稳随机过程,且具有各态历经性。因而,可以从海浪的一次连续记录曲线中,摘取其     

海浪局部振幅和局部周期的统计分布

根据平稳正态随机过程及其Hilbert变换的性质,在不受窄谱限制的条件下,严格导出海浪局部振幅A局部周期T的分布函和联合分布函数,并以在实验室水槽中产生的三种不同谱宽度的波浪作了验证,结果比较满意。     

二维海浪波包跨水平特征量及其应用

将Adler关于二维随机波场跨水平特征量的理论应用于二维线性随机海浪,严格导出了二维海浪波包的跨水平特征量表达式,并利用该式讨论了给定时刻二维海浪的一种几何结构——大波簇集情况。对于海面上波高均超过较高参考水平的一簇大波,给出了一个计算其中波峰平均个数的公式,它与Glazman所给出的公式不同另外还给出计算上述大波簇平均面积的公式。最后结合现有的海浪万向谱给出一些具体计算结果,并对这些结果进行了讨论。     

调制Stokes波列长期演化过程中的熵值分析

深水Stokes波列的不稳定调制演化与实际海面的瞬变性、波浪破碎、畸形波等海洋现象密切相关,且波列在长期演化的过程中,演化特性会随着时间尺度的增加而改变,前人的研究多是针对其空间分布特性,对于波列内部能量的分布和变化趋势尚不清楚,因此引入熵的概念用于描述调制Stokes波列长期演化过程中任意时刻波浪场中不同频率波浪能量分布的均匀性。通过高阶谱方法数值模型,模拟了不同初始波陡条件下调制Stokes波列波数谱熵值的长期演化,给出不同阶段初始波陡和熵的关系,并将稳定状态熵值及谱形与典型海浪谱进行对比分析,发现调制Stokes波列长期演化的波数谱熵值和谱形均趋向实测JONSWAP谱,表明其经过长期演化发展,谱变宽变连续,波场内的能量分布趋向均匀并保持动态的平衡,同时也更加趋近于真实海浪。     

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     

基于SAR海浪方向谱的西北太平洋海浪特性研究

应用中国海洋大学海洋遥感研究所基于Hasselmanns提出的MPI方法用C语言开发的SAR反演海浪方向谱的软件,对2003年1月—2012年1月间西北太平洋海域Envisat波模式数据进行海浪方向谱反演,共得到西北太平洋海域观测的海浪方向谱146 796个。统计由反演的海浪方向谱得到的海浪有效波高、平均波向、平均波周期等数据,分析了西北太平洋海浪场分布的特点,得到了一些有参考意义的结果。     

畸形波形成的海浪要素特征数值分析

从典型的畸形波事件"新年波"出发,以ECMWF中期再分析风场作为驱动风场,采用WAVEWATCHⅢ海浪数值预报模式模拟畸形波发生海域的海浪场。通过对模拟的海浪要素分析表明,畸形波发生点在发生时刻的风速、波高、波陡处于极大值,波浪周期较长,谱峰频率、方向展角处于极小值;畸形波发生点在发生时刻的海浪谱是单峰谱,谱型尖窄,大部分波浪能量都集中在很小的频率范围内,分布在一个小的范围内,传播方向比较集中。     

海浪方向谱的现场观测与分析

方向谱是海浪的基本性质之一。本文在国内首次采用测波仪阵列法在渤海采油平台上成功地观测到海浪方向谱，给出了当地随波浪成长而变化的方向谱表达式。观测前采用数模和模型试验方法，对阵列的布置型式、测波仪间距和平台等对观测结果的影响，以及现有各种方向谱分析方法的精度等进行了对比分析，为提高观测精度，保证方向谱分析的质量提供了依据。     

海浪方向谱的初步分析

一、前言随着海洋资源的开发利用和海洋观测技术的不断更新,海浪方向谱的研究日益受到重视.海浪方向谱,由于它能同时描述海浪能量随频率和方向的分布,故已成为合理计算海上水工建筑物作用力的可靠依据.特别是方向谱能给出不同方向组成波的能量变化,更有助于了解海浪的细微结构及其产生过程.因此,海浪方向谱的研究不仅直接关系到海洋工程的投资效益,而且对海浪生成机制的研究也有重要意义.