台湾海峡风涌浪分离方法研究

受狭管效应的影响,台湾海峡波浪较大且常与涌浪混合存在。涌浪对包括船舶在内的浮式结构物有着重要的影响,而风涌浪分离是研究涌浪特性的必要前提,也一直是研究的热点和困难问题。由于数据的欠缺和观测条件的限制,在风涌浪分离方法中被普遍认可的二维谱方法常常难以使用,如何选择更为精准的一维谱方法往往会成为实际研究和应用过程中必须面对的问题。利用台湾海峡内3个具有二维谱数据的测站,通过将二维谱分离结果作为参考,针对台湾海峡风浪和涌浪的特征,探讨了风涌浪分离一维谱方法在该海域的适用性问题,研究表明风速法相较其他方法精度更好,在这一基础上提出了一种将波谱积分法与风速法相结合的一维谱方法。

基于风涌浪分离理论的波浪能短期预测

近海可再生能源输出功率的预测对其控制与调度运行具有重要的意义。由于波浪的随机性很强,现有的时间序列法对波浪的短期预测不具有普适性。为此针对波浪能发电功率预测,基于波浪能原理提出了一种新的时间序列预测方法,即先将风浪与涌浪分离后再与时间序列法ARIMA结合进行波浪能的短期预测。依据具体波浪数据,对改进预测方法进行了有效性验证。结果表明:相比以往单独采用时间序列方法进行预测,该方法能够有效改善预测效果,提高预测范围和精度。

基于二维海浪谱的风涌浪分离方法研究

海浪通常以风浪和涌浪混合的形式存在。二者的成长、消衰、传播和破坏机制各不相同,实现风涌浪分离对海洋研究和工程应用具有重要意义。基于斯里兰卡汉班托塔海域的实测数据,讨论了传统波龄法中波龄阈值的选取问题,并对汉班托塔海域的海浪特征进行分析,最后利用波龄法对新提出的不依赖风速风向信息的超射法进行了研究。结果表明,波龄阈值取1.7时最为合理。汉班托塔海域为外海涌浪主导。超射法对外海涌浪的识别结果与波龄法一致,而对高频位置的风浪和局地涌浪给出了不同的结果,这主要是由海浪物理特性的改变慢于风速风向的变化引起。

基于多层感知器的风涌浪分离方法

风涌浪分离是研究风浪、涌浪各自特性的基础,但受限于海浪谱数据的匮乏,基于海浪谱的风涌浪分离方法难以普及应用,有效的解决办法是采用波浪观测中容易获取的基本波要素进行风涌浪分离。现有方法无法利用基本波要素全面计算出风浪、涌浪的比例及其特征参数,为此本文将机器学习引入到风涌浪分离中,以多层感知器模型为基础,提出了一种利用基本波要素、风要素准确计算出风涌浪参数的方法。该方法需要每个测站提供至少466笔、建议766笔及以上的实测波浪数据作为训练样本,适用于台湾海峡3个测站,在计算精度上显著优于基于海浪频谱的传统风涌浪分离方法,可为本海域缺乏海浪谱的测站提供替代性的风涌浪计算方案,有助于扩大实测风涌浪资料的来源,进而加强风涌浪分布特性以及预警预报研究。

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。

涌浪基本理论研究综述

涌浪作为影响严重的海洋灾害之一,因其发生时对在行船舶、石油平台等海洋结构物以及近岸建筑物的破坏性,发生机制的复杂性等原因,一直备受全世界相关领域研究人员的关注。本文首先介绍了涌浪的危害性,然后从研究对象不同角度、研究方法的发展及得出的主要结论等方面阐述了到目前为止国内外学者对涌浪的认知程度。最后,总结前人对涌浪的研究多集中在外观特性的归纳、内部结构的理论推导及整体特征的数值模拟等方面,提出对特定海域涌浪的生成机理及运动特性等方面研究的不足,以期能够为以后的涌浪研究工作提供一些思路。

涌浪建模与仿真的研究综述

涌浪作为海浪的一种表现形式,是严重的海洋自然灾害,其形成机制、运动形态及传播过程很复杂,对其研究和预报也非常困难,给海上船舶、钻井平台、海岸以及近岸建筑物等带来极其严重破坏。本文介绍了涌浪的基本特性及其危害性,总结梳理了风、涌浪的分离方法,分析综合了对涌浪模拟和预报的各种方法及其优缺点和适用场合以及前人在涌浪模拟研究方面做出的突出贡献及不足,提出了未来研究的展望和思路。

基于两种波浪数据的施工船舶可作业预报对比

通过对基于全球海浪预报数据和全球海浪再分析数据的施工船舶可作业预报对比,探讨基于全球海浪预报数据的施工船舶可作业预报的可靠性。针对我国未来海上风电场规划,对2种波浪数据的波浪要素以及采用两种波浪数据的起重船大直径单桩可作业性进行对比,选择具有代表性的17个波浪数据点,在船舶可作业性计算中采用基于时-频域联合计算的方法。结果表明,两种波浪数据中对海上风电施工船舶作业影响较大的波高和波周期的均值和方差误差均较小,总体在10%以内。采用两种波浪数据的可作业性的预报误差不超过15%,大部分可控制在5%以内。表明,海浪预报数据进行施工船舶可作业性的预报依然具有较高的可靠性,可以作为海上风电场整体施工难度评价的依据。

Comparison of spectral partitioning techniques for wind wave and swell

The ocean waves are generally mixed with wind wave and swell. In order to separate these two kinds of ocean waves, many wave spectral partitioning techniques have been proposed. In this study, a two-dimensional（2D） and three one-dimensional （1D） wave spectral partitioning techniques （denoted as PM, WH, and JP） are examined based on the model simulations and in-situ observations. It is shown that the 2D technique could provide the most reliable results as a whole. Compared with 2D technique, PM and JP techniques obviously overestimate the wind-wave components, and the same situation happens for WH technique at low wind speed. With the adjustment of the partitioning frequency ratio, the 1D PM technique is modified, in which the result agree well with that of the 2D scheme.