SWAN模型风能输入项的改进与验证

为了分析第三代海浪数学模型——SWAN模型的风浪模拟能力,分别计算了恒定风场和台风时变风场下的波浪场.恒定风场中假定不同的风速及风区长度,通过比较SWAN模型与SMB方法等经验风浪公式的计算结果,得出SWAN模型风浪模拟的适用范围.针对大风速下计算波高偏大的情况,通过分析参考波速引起的输入风速变小及拖曳力系数饱和等因素,提出了风能输入项的修正方法,并采用同步观测的风、浪资料对修正前后的计算结果进行了比较验证.结果表明,在大风速情况下,修正后的SWAN模型的模拟波高更接近于经验公式结果及实测数据.在SWAN模型风能输入项中引入参考波速引起输入风速减小及对拖曳力系数饱和因素的修正,可以更好地模拟大风速下的波浪场.     

浅水波能谱试验研究

对比天然风浪和试验风浪的风场特点，确定了两者特征风速间的换算关系，采用人工风与不规则造波机相结合的方法生成，模拟风浪，延长了试验条件下风浪成长所需的风区长度，在此基础上，利用试验研究的优点，完成了较大范围浅水风浪试验，对浅水波能谱进行了深入探讨。研究表明，比较深水情况，浅水域波能的谱的谱峰变小，谱形更加尖窄，反映出波能趋于集中的特点，对于浅水，给出了波能谱的表达式。     

南大西洋至几内亚湾冬季海浪传播特性

为解决南大西洋至几内亚湾海域的海浪组成成分、传播特性及来源这3个该海域一直需要解决的问题，建立SWAN （Simulating WAves Nearshore）双层嵌套海浪模型对南大西洋至几内亚湾冬季海浪时空分布进行模拟分析，结果表明：南大西洋海浪有效波高呈高纬度区（30°S以南）向低纬度区（30°S以北）递减的趋势 ，高纬度区海浪传播方向与风场关系密切，低纬度区则与风场差异明显；南大西洋涌浪波高与混合浪波高分布高度相关，涌浪在混合浪中所占比例较大，尤其在风速较小的低纬度海域更为显著；南大西洋中部至几内亚湾存在相对固定的S-SW涌浪系统，其能量在二维海浪谱上分布集中，空间方向上分布范围较窄；模拟时段内几内亚湾呈明显的涌浪主导状态，通过对有效波高最大时刻的一次涌浪过程溯源发现，影响几内亚湾的涌浪可追溯至约6.5天前南大西洋咆哮西风带海域的强风浪。     

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。     

一种基于联合风场的海洋工程环境设计波要素方法

介绍一种基于联合风场的海洋工程环境设计波要素计算方法,该方法可以解决海洋工程区域缺少风速和波浪实测的问题。该方法提出使用NCEP/NCAR再分析风场与Jelesnianski台风模型风场结合的联合风场,避免了再分析风场对台风期间风速的低估和细节刻画不准确问题。该方法采用SWAN海浪模式,成功计算了福建东洛岛一深海养殖平台的设计波要素,得到了该养殖平台50年一遇的最大波高为7.14m,并提出该平台最危险的位置是其西南角。     

微波多普勒雷达海浪参数提取算法

根据海浪混合表面散射理论和线性波理论,利用3种规模波对微波多普勒谱的不同贡献,推导出海浪谱与径向速度转换函数,得到了一种适用于多普勒雷达的海浪谱以及海浪参数提取算法．该算法从海洋回波的多普勒谱中获取径向速度序列,根据海浪速度谱与海浪谱之间的转换关系推导海浪谱,再用谱矩法计算相应的海浪参数．运用该算法分别对微波多普勒谱雷达的模拟与实测数据进行处理,实现了有效浪高和平均海浪周期的高精度提取,证实了该算法在微波段多普勒雷达的海浪参数反演中的准确性．     

寒潮与雷雨大风天气个例风浪分析

选取2008年12月21日寒潮天气与2010年5月30日雷雨大风天气两个个例,探讨了寒潮天气与雷雨大风天气对连云港近岸海域风力、海况和海浪等要素产生的影响。寒潮天气,风速逐渐增大,海况、海浪也随之逐渐增大;雷雨大风天气,风速快速增大,海况、海浪也随之快速增大;雷雨大风天气比寒潮天气造成的风浪变化来得突然,不易判断和预防。针对寒潮天气,应用Wilson公式估算海浪波高和利用数值预报模拟推算海浪波高的计算比较准确,与实际观测值的误差小于10%。     

厦门湾常风浪场数值模拟

通过采用目前国际上较为先进的第三代近岸海浪数值模型SWAN(Simulation waves nearshore),实现厦门湾常风浪场的数值模拟.先分别计算平潭、崇武、东山3个海洋观测站16个风向的多年平均风场,实现台湾海峡常风浪场的数值模拟,再将模拟结果嵌套人厦门湾,根据实测风场,进行厦门湾常风浪场的数值模拟.模拟结果显示厦门湾常风浪场主要受两个因素的影响,一是风的作用,二是从台湾海峡传进港湾的波浪.厦门湾湾口的有效波高和有效周期均大于湾顶.在主风向风作用下,湾口区有效波高可达1.8 m,有效周期可达6 s,湾顶则约为0.2 m和2.1 s.     

台湾海峡台风浪的数值模拟

采用第3代海浪模式SWAN(simulation waves nearshore),在考虑了波浪折射、底摩擦、破碎、白浪、风能输入、非线性波波相互作用等物理过程的基础上,分别应用Jelesnianski模型风场、藤田气压公式计算的梯度风场以及考虑台湾海峡和台湾岛地形影响的台风风场(陈德文台风风场)模型,数值模拟了0813号"森拉克"、0815号"蔷薇"和0908号"莫拉克"3场台风过程在台湾海峡产生的台风浪,并与浮标观测结果对比.结果表明,陈德文台风风场模型数值模拟的台风浪结果与实测符合较好,其中模拟结果的有效波高平均绝对误差为0.55m,有效波高峰值平均绝对误差为0.19m,说明其对台风浪的模拟尤其是灾害性台风浪的模拟是成功的.     

湛江港海域台风浪分布特征模拟

利用物理过程考虑得较全面的第三代近岸海浪数值模式(SWAN)，模拟了湛江港海域一次台风浪过程。结果表明：台风风场直接决定了海浪的分布特征。在台风场的驱动下，风向与浪向基本上是一致的，并且波高、波长与周期的发展和传播方向与风向也是一致的；风速的大小决定了波高、波长与周期的大小。此外，海浪的分布特征受台风中心的位置和移动路径影响较大，当台风中心位于湛江港海域的不同位置时，台风浪有效波高、波长与周期的分布特征及传播方向都有着较大的差异，可以为湛江港海域台风浪的预报提供借鉴。     

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地风浪外频谱。通过与实测风肭频谱的比较,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生问题。此外,还检验一第浪外频谱。     

印度洋的风浪、涌浪和混合浪的时空特征

为了展现印度洋的海浪特征,利用来自欧洲中期天气预报中心的ERA-40海浪再分析资料,对印度洋的海表风场、风浪、涌浪、混合浪场进行研究,主要分析了季节特征、月变化特征、风速和波高的变化趋势、涌浪指标,定义了南印度洋西风指数和涌浪北伸脊点。结果表明:印度洋的风浪场与海表风场整体上对应较好,尤其是季风期间的北印度洋,涌浪场与混合浪场对应较好;从波高来看,阿拉伯海在1-5月和9-12月的涌浪以及孟加拉湾全年的涌浪对混合浪的贡献大于风浪;印度洋海表风速呈显著递增的区域主要集中在咆哮西风带和30°S以北,风浪波高变化趋势的分布与风速大体一致,大部分海域的涌浪波高、混合浪波高表现显著性逐年递增;印度洋的涌浪在混合浪中占据主导地位,40°S以北的涌浪常年向北传播,且南印度洋西风带西南季风的强度直接决定着涌浪北传的程度。     

大型风流水槽风浪统计特征的测量和分析

研究大型风浪水槽的风浪统计特征，采用多通道测波系统，同步采集沿水槽的１２个测点在不同风速下的风浪数据，从观测事实上分析了风浪波面分布和有关要素特征，并建立水槽风浪统计要素与风速，风区长度之间的关系。     

我国海浪理论及预报研究的回顾与展望

作者从海浪谱,海浪统计分析,海浪预报方法及动力机制,破碎波和近岸的海浪5个方面回顾与总结了我国在海浪理论及预报研究方面所取得的成果,最后对我国新世纪的海浪研制做一展望。     

近海近岸海浪的研究进展

从海浪谱、风浪及涌浪的预报方法、卫星海洋学及资料同化在波浪计算中的应用、增减水和环境流对波浪相互作用5个方面对近海近岸波浪的研究成果进行了较为系统的归纳总结和评述。在此基础上分析了近海近岸海浪研究的发展趋势，提出今后的研究方向。     

风浪与涌浪相互影响的实验

大自然的海浪往往是风浪与涌浪混合在一起,为此研究了实验室的风浪水槽中模拟风浪与涌浪的相互影响,用脉动风模拟风浪及风与浪的耦合作用,用造波机产生不规则波模拟周期相对较长的涌浪．通过单独风浪、单独涌浪、先风浪后涌浪和先涌浪后风浪4种情况的模拟,从波谱的角度分析风浪与涌浪相互影响的规律．发现影响风能输入的主要因素是波浪是否充分发展,而与波陡、风速、波速等没有直接关系,为风浪对海上建筑物的耦合作用研究提供了依据．     

波浪水槽中随机波的模拟

根据线性系统理论,首先由给定的靶谱模拟海浪信号,再把此信号转换为造波控制输入信号,最后在水槽中指定的截面处生产具有给定靶谱的随机波。这种模拟方法已在青岛海洋大学物理海洋实验室的大型水槽中实现,并取得良好的效果。     

基于拟线性变换的海浪方向谱反演方法研究

海浪谱反演的交叉谱方法能有效降低斑点噪声并确定海浪传播方向,但从海浪谱到SAR交叉谱的非线性变换非常复杂,给海浪谱反演带来了分析和计算上的困难。依据从海浪谱到SAR交叉谱的非线性变换,给出了从海浪谱到交叉谱的拟线性变换,并利用海浪谱非负的约束条件,建立了一种基于该拟线性变换的反演方法。在引入海浪谱非负约束条件的情况下,反演过程中可以用拟线性变换代替非线性变换确定每次迭代的方向,不但能简化计算,并且能在反演精度不受影响的情况下,使反演过程更快、更稳定地收敛到最优海浪谱。     

南海北部三参量风浪频谱数值模拟

基于Open FOAM开源程序,采用侯一筠的三参量风浪频谱构造了适用于中国南海北部海域的不规则波浪。首先,在waves2Foam程序中开发了解析松弛法进行消波处理并选用速度入口法造波,进而选用JONSWAP谱进行计算以验证不规则波造波程序的准确性;其次,以适用于中国南海北部海域的三参量风浪频谱为理论基础进行编程,将三参量风浪频谱嵌入到waves2Foam程序中,替换JONSWAP谱,通过设定风区长度、风速等参量构造模拟南海北部的不规则波浪。经验证,构造的不规则波的模拟值与理论值之间的误差在精度允许范围内,表明该方法能较好地模拟南海北部真实海况下的不规则波浪。     

福建东山湾海浪现场观测的统计特征

为分析福建省南部港湾──东山湾的波浪特征,采用S4型压力式方向波浪仪观测获取现场一个月的风浪过程资料,对其进行了统计分析和频谱分析,给出了波高和周期分布,特征波要素与频谱关系,结果表明:实测波高分布与瑞利分布基本相符;波浪谱的显著部分在狭窄的频率内,对应3、5、6、7级风谱峰密度值(m2s)分别为0.084 3、0.372 8、0.941 8、1.837 7,随着风速的增加,谱能也显著地增加,谱曲线下面的总面积增大,谱的显著部分波及的频率范围也扩大,且谱的显著部分沿低频率的方向推移,对应风浪的波高及周期范围增大.