不同混合浪表征方法下港内波况数值模拟

以一组波浪参数描述波浪的总体表征法在精确表征混合浪时具有局限性,通过将波浪频谱划分为独立波系并以参数化形式表征每个波系的多波系表征法,可以更精确地表征混合浪。通过数值模拟方法探讨混合浪的不同表征方法对港内水体扰动的影响,运用不同的表征方法对秘鲁钱凯湾的3个实测波浪谱进行重构,作为数值模拟的输入波谱,并且检验总体表征法在描述混合浪时引入的典型误差。结果表明,长涌浪波系对港内水体扰动有显著影响,对其能量水平的高估或低估会导致相应的误差;与多波系表征法相比,总体表征法得到的平均波向往往与实际情况不符,会导致对防波堤掩护效果的误判。

西太平洋赤道海域秋季混合浪特征及其谱拟合

根据西太平洋赤道海域秋季实测海浪资料,分析了该海域的混合浪特征,拟合出混合浪的波高、周期分布函数及波高-周期联合分布函数。应用文圣常等提出的深水风浪谱公式,对其稍作改变后拟合涌浪谱;应用他们的改进理论风浪谱公式拟合风浪谱,两分谱公式叠加为混合海浪谱公式。对混合海浪谱的拟合表明,拟合效果良好。

实测混合浪波高分布特征值分析

把实测混合浪波高分布特征值H(1/(10))/H和H(1/3)/H由瑞利分布得到的波高分布相应特征值(称理论值)比较,发现两者的差值与混合浪中涌、风浪波高之比有关.当比值较大时,实测混合浪波高分布特征值大于理论值;比值较小时,接近理论值。无因次波高的经验频率和理论频率以及平均波高的变化趋势都与比值大小有关。

胶州湾混合浪波要素的分布

文章假定波浪要素分布符合Weibull分布形式,依据1981年第14号台风影响青岛期间于胶州湾观测的波浪资料,给出了混合浪的波高和周期的分布函数,并计算出工程中常用的两种波高和周期与其平均值的关系。还讨论了波高和周期的联合分布,并同理论分布进行比较。

混合浪成分及其在西北太平洋海域的应用

本文从波浪能量的角度提出了混合浪成分的概念，给出了混合浪能量成分的表达式和波高成分的表达式，在西北太平洋的深水大洋和近岸浅水海域上，使用GEO-SAT卫星高度计50个重复周期的观测资料，分别进行了海浪波高成分及其频率密度、频率密度累计率的计算。结果表明：在深水大洋波浪波高成分的概率密度统计曲线低而宽，混合波浪高H大于对应风速的充分成长波高H*的累计率为88％，最可能波高是对应风速的充分成长波高H*的1．5倍，最可能波高的概率密度为0．54；在近岸浅水域，概率密度曲线高而窄，小于对应风速的充分成长波高H*的累计概率为0．54，最可能波高是对应风速的充分成长波高H*的0．8倍，最可能波高的概率密度为0．87。

关于二维混合浪周期问题的初步探讨

在沿海港口工程采用的《海港水文规范》(JTS145—2—2013)中,并未就常见的混合浪给出波浪周期的计算公式,以致实际工程设计中混合浪周期的选取比较困难。本研究基于小振幅波理论,利用能量法推导二维混合浪周期的计算公式,可供工程设计参考。

开敞外海混合浪条件下打桩船施工窗口

开敞外海海域常以多峰谱混合浪条件为主,其中的长周期涌浪成分对打桩船施工影响极大。文章提出一套取得逐3小时后报波浪数据、采用多谱叠加的混合浪表达方法、基于频域和时域联合计算方法对某打桩船可作业窗口的计算流程。以浙江南部海域某海上风电场打桩船高桩承台施工为背景,对历年平均可施工窗口比例进行计算,计算结果表明打桩船可施工窗口比例具有很强的季节性,可由此制定相应的施工策略,以尽可能多地沉桩施工。同时,对2020年第4季度可施工窗口比例的计算显示此季度的各月可施工窗口比例远小于该月的历年平均值,说明2020年第4季度的波浪条件较历史同期更为恶劣。最后,对基于等效单峰波浪谱和三峰波浪谱条件下的某打桩船可作业窗口比例进行了对比,发现基于等效单峰谱所计算出的可作业窗口比例远高于三峰谱条件下计算出的结果。该结果表明,若在施工方案制定阶段未能充分辨识多峰谱波浪中的长周期涌浪成分,将可能对施工窗口比例的估算带来严重的影响。

外海开敞海域双峰谱混合浪对海上风电场施工作业的影响探讨

对风浪、涌浪及混合浪的成因进行了总结,并论述了外海开敞海域混合浪常以双峰谱形式出现的原因。采用低频涌浪和高频风浪叠加的方法给出了双峰谱波浪的表达形式。结合某打桩船的运动响应数据,分析了单独低频涌浪、单独高频风浪和混合浪分别激励下的打桩船垂荡运动响应。计算结果表明原本在混合浪双峰谱中能量并不显著的低频涌浪是激励打桩船剧烈运动的主要来源,在海上风电场施工决策时,应给予重视。

航海模拟器视景系统中的混合浪绘制

使用快速傅里叶逆变换(IFFT)Gerstner波模型描述海浪运动,在航海模拟器视景系统中实现了混合浪实时绘制。利用六参数谱构造混合浪的波数谱,将该波数谱应用于海面高程和choppy波的傅里叶系数中,通过IFFT获得海面质点的位置,实现混合浪的实时绘制。绘制的混合浪受低频长峰波影响,波形较为平坦光滑,与绘制的风浪有一定的差别,但与真实的海浪更为接近。该方法在航海模拟器视景系统中的使用,表明帧率可以达到实时。

混合浪作用下系泊船舶运动响应规律试验研究

采用双峰频谱模拟涌浪和风浪同时出现的混合浪,以一艘26.6万立方米的LNG船舶为试验对象,对混合浪作用下系泊船舶的运动响应规律进行物理模型试验研究。结果表明:当混合浪能量一定时,系泊船运动量大多随着低频部分波浪能量的增大而增大;在一定装载状态下,系泊船纵荡和垂荡运动量随混合浪中涌浪周期的增大逐渐增大,横荡、横倾和回转运动量峰值与船舶自然固有横荡周期存在着一定的比例关系;当混合浪中风浪条件一定时,系泊船运动量大多随着涌浪波高的增大迅速增大;当混合浪中涌浪条件一定时,风浪波高的改变对系泊船舶运动量的影响较小;在横向波浪作用下,系泊船纵倾运动受混合浪变化影响很小。

上层海洋中浪致混合研究评述——研究进展及存在问题

本文较系统地分析和总结了海浪在上层海洋中的混合作用研究的国内外现状,分别探讨了海浪破碎、波生运动以及波-湍相互作用导致的混合作用,指出了现有研究存在的问题。对今后研究做一展望,并指出实验室热分层水槽中的系统实验研究的必要性。

浪致混合对2016年北太平洋海表温度季节性预测的影响

上层海洋通过海气交换影响大气-海洋耦合系统,海浪引起的垂向混合影响上层海洋结构,从而在气候预测过程中发挥着重要的作用。本文基于国家海洋局第一海洋研究所地球系统模式(FIO-ESM),以2016年为例,分别开展了耦合和关闭海浪模式情况下的短期气候预测实验,分析浪致混合对北太平洋海表温度(SST)季节性预测的影响。通过对模式预测的SST异常(SSTA)进行定量评估发现,浪致混合能够显著降低北太平洋高纬度海区预测误差,在(45°N,150°E)附近海区SSTA改善可达1℃,气候模式能够更好地预测SSTA的经向分布特征,特别是能够准确地反映25°～45°N海区SSTA分布特征。通过分析有浪和无浪两个实验的热收支贡献发现,垂向混合是导致上层海洋温度差异的主导影响因子。海浪通过改变垂向混合,使2016年北太平洋SST在高纬度海区大幅降低,在低纬度海区略有升高,最终提升了模式对北太平洋SST的季节性预测能力。

浪致混合对亚热带冬季海洋混合强度的影响

上层海洋在全球气候系统中起着至关重要的作用。对上层海洋层结及混合的模拟偏差一直是海洋和气候数值模式发展中悬而未决的问题。本文首先评估了CMIP5中45个模式对上层海洋层结模拟的偏差,确认了冬季亚热带地区海洋模式垂向混合偏强。随后,基于自然资源部第一海洋研究所地球系统模式(FIO-ESM v1.0),分别开展了1986-2005年期间包含和关闭海浪垂向混合情况下的数值实验,分析浪致混合对亚热带冬季海洋混合强度模拟的影响及机制。发现浪致混合使得气候模式中亚热带海域冬季的海洋层结增强,增强的层结使上层海洋更加稳定。首次揭示了增加浪致混合反而降低了海洋总体的垂向混合率:浪致混合使北半球冬季亚热带海域混合率从无浪实验的227 cm^2/s降低到有浪实验的178 cm^2/s,降低了21.6%;南半球冬季亚热带海域混合率从无浪实验的189 cm^2/s降低到有浪实验的165 cm^2/s,降低了12.7%。进一步分析发现,浪致混合主要是通过增加冬季亚热带海域上层海洋的热含量从而强化了海洋的层结,最终改善了气候模式对上层海洋混合的模拟。

基于CESM1.2.2模拟的浪致混合对末次冰盛期和工业革命前气候的影响

海洋上层垂向混合在模式中发挥重要的作用,以往的研究表明垂向混合的不足使得模拟的海洋温度和混合层深度与观测存在显著偏差。前人提出一种修正方案,考虑波浪产生的垂向混合,将由表面风作用下产生的波浪这样一个实际物理过程的湍混合进行参数化,其结果被证实能够显著提高模式模拟和预报的准确性。本文首次将浪致混合引入海气耦合的古气候模式,基于末次冰盛期和工业革命前2种不同的气候条件,探究浪致混合在海气耦合模式中的作用。在不同气候背景下,由于风场强度的不同,导致末次冰盛期浪致混合的强度小于工业革命前,但2个气候时期都体现出中纬度混合强度最大的特点。将浪致混合加入到气候模式中,模拟结果表明:中纬度海域2个时期都出现海表面降温而次表层升温的现象,但末次冰盛期的表面降温强度弱于工业革命前状态;不同月份下的模拟结果显示,在南北半球的夏季,海洋表层温度的降温最为显著。中纬度海域海洋上混合层深度在年平均条件下2个气候背景时期都出现加深现象,但末次冰盛期的加深程度弱于工业革命前;不同月份下的模拟结果显示,在南北半球的冬季,混合层加深的变化达到极值。另一方面,在高纬度海域,末次冰盛期的海表面温度出现了显著升高,这是由于浪致混合导致海冰的减少进而引发海洋表层升温。最后将末次冰盛期的模拟结果与代用资料进对比,发现浪致混合使得72%的数据点模拟结果与代用数据的差异减少。

台风“梅花”风浪场和涌浪场特征分析

基于第三代海浪数值模式WAVEWATCHⅢ(v3.14),在WRF模式提供模式风场驱动下,对1109号台风"梅花"的风浪场、涌浪场和混合浪场进行了数值模拟,并在我国东部沿海选取了3个关注站点,探讨涌浪和风浪波高随时间变化与台风中心位置的关系以及台风影响下海浪二维谱、风浪场和涌浪场分布和变化特征。结果表明,新版的海浪模式能较好表现福建和浙江沿海、长江口附近、山东半岛南端的3个关注区域的台风涌浪先于风浪到达的事实;距台风中心不同距离,混合浪波高的组成和波高变化不同;台风的外围区涌浪场的高值区对应着风浪场的低值区,台风的大风区风浪场的高值区对应着涌浪场的低值区,台风眼区则为涌浪区。涌浪多分布在台风风浪影响范围之外,波向由台风中心向外辐射。

台风“鲇鱼”作用下南海波浪场的数值模拟研究

运用第三代海浪模式WAVEWATCHⅢ,以台风模型风场与美国NCEP风场的合成风场为驱动风场,模拟西北太平洋在台风＂鲇鱼＂期间的波浪变化情况。在运用卫星高度计波高资料对预报模型进行验证的基础上经进一步分析认为,台风＂鲇鱼＂产生的波浪在北部湾以风浪为主,涌浪较少,而在北部湾以外的南海产生的波浪以涌浪为主,涌浪波高可达3~6 m,周期为12~16 s。在台风＂鲇鱼＂由东向变为向北行进过程中,在南海产生的涌浪也由东向逐渐变为东北向。

基于ERA5海浪再分析数据的风浪涌浪分离方法

为了探究和分析海浪中的主要成分,本文基于ERA5海浪再分析数据,依据能量因子分离风、涌浪的原理,研究了风、涌浪的平均波周期与风速的分布规律。利用最小二乘拟合方法,提出了一种分离风、涌浪的方法,并将其命名为TU方法。通过将TU方法与波龄方法进行比较分析,验证TU方法的可行性和可靠性。结果显示:在本文的研究区域中,TU方法与波龄方法识别风浪的正确率为98.57%和98.55%,TU方法与波龄方法识别涌浪的正确率为78.9%和65.1%,表明根据风速与平均波周期2个参数识别涌浪,TU方法效果比波龄方法更好。对高度计等缺少风向信息情况下分离风浪与涌浪有着重要的意义。

南麂站定常波风浪波高与风速的经验关系

本文以南麂海洋站１９８３～１９９０年风、浪的实测资料为依据，建立了南麂海城春、夏、秋、冬季定常波风浪波高与风速的经验关系式。检验结果表明，曲线回归显著，计算值与实测值吻合良好。文中还对偏ＮＮＥ向和偏ＳＳＷ向计算波高随风速增大的快慢，同一方向在同一风速作用下计算波高的季节变化及其机理作了初浅的讨论。

台风波浪数值预报的CHGS法——Ⅳ.计算结果与模式的检验

本文用CHGS模式对南海北部海区3个台风过程进行了台风波浪数值计算,并将计算结果与实测资料进行了比较。通过本文的分析比较,可以认为CHGS模式用于台风波浪数值计算效果是好的。

西北太平洋2017年秋季海浪、波浪能观测分析

针对西北太平洋浪场特点研究中现场观测数据的不足,本文利用海洋综合调查船的现场观测数据综合分析了混合浪、涌浪和风浪的变化特点,并计算波能的空间分布。结果表明:所观测海域的混合浪、涌浪和风浪的波高变化范围分别为0.7~5.7、0.3~5.7和0.6~4.1 m。周期和波能的变化范围分别为5.2~9.5 s和1.3~143.1 kW/m。ST0303站风速较小,混合浪浪高、浪向和波能均与涌浪具有较高的相关性,浪场特点主要取决于涌浪场。