状态空间模型在海洋波能转换系统中的应用 Ⅱ.单个矩形振荡浮子装置运动受力分析的解析方法

对线性入射波作用下的矩形振荡浮子运动受力分析给出了一种新的解析方法.对该方法首先采用特征函数展开法得到绕射速度势的一种新解析式,然后直接由绕射势和入射势来计算波浪激励力.与经典方法相比可以看出,对于立面二维问题,由于绕射势和辐射势的计算量相当,因此该方法比过去常用的解析法更为简单.为了验证方法的正确性,采用该方法对过去文献介绍的经典算例进行了计算,得到了与过去方法完全一致的结果,从而证明该方法是正确的.

海洋波导中刚性球及旋转椭球前向散射场时频特征的畸变

利用波导中目标声散射理论的简正波方法,数值模拟了自由空间和浅海均匀波导中刚性球、旋转椭球的散射场,分析了波导中刚性体前向散射时频特征的畸变规律。仿真结果表明:波导中刚性体的前向散射时域波形与频谱特征受波导制约;目标散射场的固有特征受波导色散特征的调制,时频谱上呈现出由于色散的简正波间的耦合而导致各简正波能量条纹界限模糊的现象。时频特征的畸变程度与组成散射共振系统的波导、目标的尺度以及散射体布放深度有关,随波导底质透声能力和深度增加、散射体散射强度(信混比)增强而减弱。

窄带非线性海洋波的Stokes波模型

本文研究了非线性海洋波的统计预报问题。在窄带假定下,得到三阶非线性波峰谷概率密度函数,探讨了不同Stokes波模型的影响。导出了一个简捷的三阶非线性最大1/n峰值平均统计值的解析表达式。发现非线性波最大1/n平均不但依赖于一阶波幅的均方差,而且还依赖于一阶有义波倾系数。 文中提供了与线性波结果比较的算例,并与模拟统计样本作了比较,结果表明本文提供的方法具有一定的工程准确性。

世界首座海洋波能发电机

英国Dcean Power Delivery公司经过6年的开发和研究，制成了世界上首座具有商业规模的浮动型海洋波能发电机。其大小和形状极像现代的风机。这个750kW的Pelamis波能发电机长120m、直径3．5m，重750t，为全稳定型。该波能发电机为半潜水结构，由铰链连接的活塞缸组成。机翼由缆绳泊系，可以自由活动，以使其可以对准波浪进入的方向。

利用海洋波能生产电力和淡水

澳大利亚发明了一台可以在发电的同时生产淡水的海洋波能转换器（Ceto）。这套装置中有排成阵列的海底隔膜单元，利用受压的海水来运行陆上基地的发电设备。当一个波浪通过装置的顶部时，波峰将装置上一个圆盘压低，压力被传输到往复泵中，在那里可将海水压力压到7000kPa。高压海水穿过陆上管道时，驱动管道中的水轮机发电机发电。海水在通过一个反向渗透过滤器时，产生出淡水。Ceto装置的试验样机带有一个高出水平面约5m的塔台，用于测试和试验阶段的观察及通信。

线性拉东域预测反褶积在海洋多次波去除中的应用

海洋多次波是海洋地震资料处理中最难去除的噪声,目前时空域预测反褶积、SRME、高精度拉冬切除等方法均能有效衰减部分多次波,但对于强反射界面(如硬海底,海底以下高速层等)产生的多次波,单独采用以上方法仍会产生能量较强的残余多次波,针对该问题,根据多次波与一次波周期性差异在线性拉东域比时空域更为明显且有利于压制长周期多次波的特点,可以将线性拉东域预测反褶积技术作为SRME、高精度拉东切除技术的补充,取长补短,联合应用消除深水海底多次波.本文对线性拉东域预测反褶积的基本原理进行了阐述,讨论了如何选取参数,并对其应用范围进行了分析.将线性拉东域预测反褶积应用于南海某凹陷海洋资料的多次波衰减处理中,有效的消除了残余海底多次波,验证了该方法的实用性.

基于柱Kadomtsev-Petviashvili模型的海洋内孤立波非线性相互作用传播特征仿真模拟研究

在考虑到海洋内波的二维效应时,含有横向微扰的二维模型可以较好地模拟海洋内波的传播,因此为更好地描述海洋内波这一复杂非线性现象的传播特性,利用二维柱Kadomtsev-Petviashvili模型研究了海洋内波非线性相互作用的传播特征。首先,利用解析法获得该二维模型的双抛物线型孤子解,同时模拟研究了南海东沙群岛的海洋内波的弹性碰撞及随时间变化的传播特性;其次,基于不同的海域背景参数分析研究了上升型和下降型抛物线海洋内波弹性碰撞引起的海洋表层流速的变化。经比较分析,本文模拟结果与已有的遥感卫星图像较一致,因此可为进一步深入研究海洋内波的传播特性、动力学机制解及内波参数反演等提供一定的借鉴。

基于变系数Gardner方程的海洋内波研究

本文主要是基于同时含有二阶和三阶非线性项的变系数Gardner方程对海洋内孤立波的传播特性开展研究。在吕宋海峡海域,展示了下降型海洋内波的传播特性及其在SAR图像上的信号特征,并着重分析讨论了耗散项和微扰项对海洋内波所引起的表层流速变化的影响。

海洋内重力惯性波不稳定模态分析

基于海洋动力方程的内重力惯性波数学模型给出其数值求解方法,并对沿垂直切变背景流传播的海洋内重力惯性波的不稳定做了探讨,得到的结论有:在不考虑海底地形和采用刚盖近似的条件下,在稳定层化海水中,当背景流为常数时,海洋内重力惯性波均是稳定的。在较弱的稳定层结下,具有垂直切变的背景流会导致海洋内重力惯性波的不稳定。该不稳定内波的增长率对其波长具有选择性并可有短波截断。增长率最大处出现在波长为几十公里的范围内。对固定的内波波长,背景流垂直切变越强则其最大增长率越大;若此时有多个不稳定模态,则增长率最大的模态其垂直结构最简单。该不稳定内波流函数的结构在垂直方向大体呈单圈环流形态,环流中心可以是一个,也可以是2个,后者则呈"猫眼"结构。

准周期随机声脉冲序列信号在浅海波导中的传播

准周期随机声脉冲序列作为船舶辐射噪声信号模型具有合理性和一定普适性,这里将此模型与海洋波导结合,探讨基于此模型产生的噪声线谱经波导传播后的物理规律变化,即船舶辐射噪声经波导作用后的信号物理特性。理论分析和传播仿真计算表明,准周期声脉冲序列船舶噪声信号所含有的线谱由于受随机波导的随机性和多途干涉共同作用,序列脉冲出现的周期性显著被削弱,线谱相对幅度将"额外"快速衰减,从一个视角揭示了船舶辐射噪声线谱不稳定的原因,为船舶辐射噪声(尤其线谱)特性进一步研究提供了相应的理论支持。

黄海中部内波特征及其引起的声起伏

用1996年中美联合黄海实验所取得的水文资料，对内波特征进行了分析，结果表明：（1）内波引起的质点垂直位移峰-峰值可达8m；（2）内波主要由第一阶模态控制；（3）内波谱能量密度随频率近似以－3／2次方律减小．根据实验得出的内波谱，给出了海水声速分布的数学模型，在此基础上，用PE方法对由内波引起的不同频率声信号强度起伏进行了数值模拟，并与实验测量结果进行了比较。

两层海洋对风场气候异常响应的解析解及其讨论

利用一个β通道线性化两层正压准平衡海洋模型,解析求解了两层海洋流场对时变风场(风场异常)的响应,得到了时变风场强迫下该海洋流场响应的斜压模态,而该模型中的正压模态则因其与实际情况不符,应弃之。在海洋上层该斜压模态中,西边界附近的海洋流场响应表现为一对由气旋性曲率和反气旋性曲率组成的涡旋偶;在时刻t=0和t=T/2(T为风场变化周期),β通道中线上分别有西风异常和东风异常最大,故响应表现为东向流和西向流;而在β通道的南北侧边界上响应表现为逆流;此时响应变化较缓慢,但强度大。在时刻t=T/4和t=3T/4,虽无大气风场异常强迫,但因海洋运动的惯性,响应仍不为0;此时,响应变化较剧烈,但强度小,且其流向也发生反转,这时上述涡旋偶也表现得最清晰。在海洋下层,海洋流场响应的强度和时间变化与上层相似,但流向却相反,而这体现了响应的斜压性。该海洋流场响应的频率与时变风场异常的频率相同,但存在位相差。因模型中采用了无辐散近似,故响应的性质为准平衡涡旋波,当风应力强迫和瑞利摩擦不太大时,即为海洋Rossby波。对该流场响应的振幅做了估计,发现风应力越大,β通道半宽越大,耗散越小,风应力变化的频率越低,则该响应就越大;在其他因子相同时,低频的风应力异常比高频的能激发出更大的海洋流场响应。得到的斜压模态的解析解与中纬度北太平洋在日本本州岛以东、以南的实际海洋上层流场异常相像,故其在一定程度上能够反映中纬度北太平洋海洋上层流场对实际风应力异常的响应情况;且其较我们以前得到的结果要优,适用性也更广,而这有助于揭示该响应的性质和机理。

新型波浪采集系统平台设计

主要介绍了新型波浪采集系统的设计思想与主要参数 ,采集、存储、运算和电源控制部分的结构与组成 ,以及各部分的特点和关键技术。

惊涛骇浪不足惧 造福人类期可待 我科学家一项研究为利用海洋能发电提供技术支持

如何将海浪的动能转化为电能,使制造灾难的惊涛骇浪为人类服务。科学家通过计算发现,一个由低频共振器排成的周期阵列能够完全阻挡波长很长的水波。

船用波浪发动机

莫斯科海浪科学技术合作社的专家,研制出一种利用海浪产生牵引力的船舶发动机——海洋波浪发动机。这种发动机已在圣彼得堡市金刚石造船厂制造成功,并已安装在“波罗的海”号拖网渔船上。这种海洋波浪发动机的工作部件,是水下旋转的金属叶轮。每片叶轮的结构类似船舵。当停泊或风平浪静时,这些叶轮收拢在船身内,遇到波浪就朝外伸开。其自动控制系统能旋转这些可围绕旋转轴转动的叶轮。并调节成一定的角度,使叶轮朝向水的逆流方向。这样。

2010—2015年南海和苏禄海内孤立波时空分布特征分析

利用2010—2015年的Terra/Aqua-MODIS,ENVISATASAR和RADARSAT-2等光学和SAR遥感数据开展了南海和苏禄海(103°~121°E,0°~23°N)内孤立波时空分布特征分析。根据内孤立波分布情况,将研究区域划分为4个子区域分别开展内孤立波时空分布特征分析。结果表明,南海北部海域,内孤立波主要在吕宋海峡附近海域产生,向西传播进入南海北部海域,该区域内孤立波主要发生在4—9月,占内孤立波总量的85%左右,其中在5月内孤立波发生频次最高。越南沿岸海域,内孤立波主要在南海大陆坡产生,向越南沿岸大陆架传播,该区域内孤立波也主要发生在4—9月,占内孤立波总量的90%左右,其中也在5月内孤立波发生频次最高,占内孤立波总量的20.1%。纳土纳群岛附近海域,内孤立波主要发生在3—4月,占内孤立波总量的56.8%左右,其中在4月内孤立波发生频次最高,其为32%;此外,本文还新发现了纳土纳群岛西部海域也有内孤立波发生。苏禄海一年四季均有内孤立波发生,在4月内孤立波发生频次最高,占内孤立波总量的18.2%;在1月探测到的内孤立波最少,仅占内孤立波总量的2.9%左右。

海洋及其大气的波导分类区划、内在关联与关键影响初探

海洋与大气波导是大地测量、军事海洋学和海洋与气候环境变化的重要信道资源和通道机制,文章聚焦海洋波导环境,以海上大气波导为出入口,围绕海洋及其大气波导发生规律、分类区划、内在关联和重要影响做简要综述,并依据当前研究现状不足和理论技术需求加以总结,提出几点研究展望。结果表明:海洋行星波导对海洋气候年际、年代际变率起关键性作用,海洋跃变层与地形波导对海洋声波传播具有重要调制影响。全球变化背景下,海洋波导及其传播通过调控海洋与气候环境变化,对海上大气波导环境的演变产生重要作用贡献。我国对海洋及其大气的波导环境和内在关联研究相对薄弱,建议加强海洋与大气波导环境空天地海一体化探观测,深化学科交叉融合与理论探索,发展海洋及其大气波导诊断方法、传播影响机理分析和预测预报研究,强化海洋与大气波导环境耦合关联与作用影响,开辟波导气候学研究新思路和新途径。集成数据驱动与人工智能,聚焦动态性与气候变化适应,构建海洋与大气联合波导功能与风险区划技术方法体系和标准,坚持总体国家安全观,提升海洋与大气波导环境综合评估与决策应对服务效能,实现海洋环境国家安全保障与国防现代化新质生产力发展。

振动水柱港池系统的三维理论方法

本文根据特征函数加源分布、内外域拟合的方法,建立了振动水柱港池系统的三维理论模型。计算了气室水面振荡的频率响应函数、不规则波中的统计值,以及系统的最大吸收宽度比。论讨了不同港池长度、不同阻抗规律对气室水面振荡的影响。结果表明,不同阻抗规律对气室水面的振荡有显著影响。与现有结果比较指出,如不考虑阻抗规律的非线性性质,势将低估其性能。

经向风应力在热带不稳定海气相互作用中的角色

利用简单海气耦合模式,分析了经向风应力和纬向风应力对热带太平洋不稳定海气耦合模态的相对贡献。结果表明:在局地热力平衡假设下,海气相互作用导致了海洋Kelvin波的不稳定,该不稳定模态发生在一定波长范围内,只有纬向风应力对其作出贡献;在海温仅由平流过程决定的假设下,海气相互作用导致了海洋Rossby波的不稳定,该不稳定模态在整个波长范围内都有发生,波长越大,不稳定越强,经向风应力与纬向风应力都可以对海洋Rossby波的不稳定作出贡献,但是前者贡献较小;不稳定Rossby波比不稳定Kelvin波的增长率要小;由于无论哪一种不稳定模态,都是纬向风应力在海气耦合中起着绝对的主导作用,所以在研究热带太平洋海气耦合动力学对ENSO不稳定发展的贡献时,采用忽略经向风应力作用的近似是合理可行的。