WWATCH模式模拟南海海浪场的结果分析

利用美国NOAA/NCEP环境模拟中心海洋模拟小组近年新开发的一个准业务化的海浪数值模式WAVEWATCH Ⅲ(以下简称WWATCH),以每天4次的NOAA/NCEP再分析风场资料为输入,模拟了1996年的南海海域的海面风浪场,通过分析TOPEX/Poseidon(以下简称T/P)高度计的上升和下降轨道在南海海域的交叉点位置处的风、浪观测资料与NCEP风场和WWATCH模式模拟的有效波高大小,可以看出,NCEP风场基本与T/P高度计的风速观测结果一致,相应的模式模拟的有效波高也基本与卫星高度计的有效波高观测结果相一致,但从空间上看,在计算区域中心附近海域的结果一致性较好,靠近计算边界附近海域的结果相对较差,但这种因边界而影响模拟结果的范围很有限;从时间上看,冬季风期间的结果一致性较好,而夏季风期间的结果偏小的趋势明显,并且这种偏小主要出现在夏季风期间的极小风速值附近。

北太平洋海浪场时空变化特征分析

根据1950—1995年共46a的北太平洋船舶气象报资料,对按5°×5°网格统计的海浪要素进行分析,阐明了北太平洋浪、涌的特点及其变化规律。该区赤道地区常年盛行东北浪,冬季海浪比夏季强盛,相应的平均波高、大浪大涌频率也较大。该海域与北印度洋同属季风气候区,但其特点正好相反。

北大西洋风场和海浪场特点分析

根据１９５０～１９９５年共４６ａ的北大西洋气象船舶报资料，对按５°×５°网格统计的风、浪要素进行分析研究，阐明了北大西洋风、浪、涌的特点及其变化规律。该区是世界典型的季风气候区，季风时期的风向、风浪传播方向、涌浪传播方向基本一致，低纬地区常年盛行东北浪。冬季季风比夏季季风强盛，相应的平均波高、大浪大涌频率也较大。该海域与北印度洋同属季风气候区，但其特点正好相反。本文提供了较翔实的风场和浪场资料及变化规律。

基于WAVEWATCH-Ⅲ模式的一次冷空气过程海浪场模拟研究

以具有高精度和较高分辨率的CCMP(Cross-Calibrated,Multi-Platform)风场驱动第三代海浪模式WW3(WAVEWATCH-III),对2009年1月12日前后的一次冷空气所致的中国海海浪场进行数值模拟,并在国内首次利用来自朝鲜半岛的观测资料对模拟数据的有效性进行检验。研究发现:(1)以CCMP风场驱动WW3海浪模式,可以整体上较好的刻画出此次中国海范围由冷空气造成的海浪场,模拟的有效波高(SWH——Significant Wave Height)精度接近高度计的观测精度,系统上稍大于高度计反演的SWH,模拟的SWH和观测值相比略有滞后的现象,观测数据跳跃较为明显,而模拟数据的走势则更为平缓;(2)此次冷空气过程中,第一岛链以内的海域的海浪场与风场具有较好的一致性,第一岛链以外的大洋中,海浪场与海表风场的对应关系明显不如第一岛链以内,以菲律宾以东的洋面最为显著的。

西北太平洋风场和海浪场特点分析

本文根据1950～1995年共46a的西北太平洋气象船舶报资料，按5°×5°网格统计的风、浪要素进行分析研究，阐明了西北太平洋风、浪、涌的特点及其变化规律．该区是世界最典型的季风气候区，季风时期的风向、浪向、涌向基本一致，赤道地区常年盛行东北浪。冬季季风比夏季季风强盛，相应的平均波高、大浪大涌频率也较大。该海域与北印度洋同属季风气候区，但其特点正好相反。本文为船舶在西北太平洋航行、作业和科学试验以及军事活动，提供了较翔实的风场和浪场资料及变化规律。

中国近海主要天气系统影响下的海浪场的分布特点

影响中国近海的主要天气系统有热带气旋、锋面气旋、冷高压和西南季风 ,它们的风场结构很不相同 ,由此引起的海浪场也各具特点。本文根据前人的研究结果 ,对这些天气系统的海浪场进行了综述 ,为海上船舶驾驶员利用气象传真图自行分析航行海区的海况提供了有益的参考。

热带气旋风场非对称性对表面海浪场的影响

用WAVEWATCHIII海浪模拟了5个不同风场结构的热带气旋下海浪平均要素和海浪方向谱来研究其对风场非对称性的响应。结果表明热带气旋诱发的海浪场对风场的非对称性很敏感。随着风场非对称性加强,有效波高除了左前象限增加以外在其他所有象限内都减小,且有效波高场的非对称性增强,并且非对称轴逆时针旋转,同时,有效波高最大值的位置向前移动。风场的非对称性对其他平均要素也有影响,尤其在左后象限最明显,例如平均波长,平均波向,波峰方向等。风场的非对称性对海浪谱的多峰性以及主导波的频率和传播方向都有很重要的影响。

基于QN混合风场和SWAN模式的一次冷空气海浪场模拟分析

基于目前国际先进的第三代近岸海浪模式SWAN(Simulating WAves Nearshore),以QN(QuikSCAT/NCEP)混合风场为驱动场,对2009年1月中国海一次强冷空气海浪场进行模拟分析。结果发现:模拟数据与观测数据在走势上保持了非常好的一致性,模拟的波高略小于观测波高,模拟数据的曲线走势较为光滑,观测数据则起伏较为明显。以QN风场为驱动场,可以很好地刻画此次冷空气过程在中国海造成的海浪过程。

海浪场非平衡信息论熵的研究初探

鉴于传统熵与时间无关 ,不能反映海 -气耦合机制下海浪场的基本属性———不可逆性 ,文章将非平衡信息论熵的概念引入海浪场的研究。依据海浪场相空间的Fokker Planck方程 ,首次推导出了非平衡信息论熵的熵平衡方程、熵密度、熵流密度、熵产生密度、广义力和广义力密度的具体表达式。

中国东部海域冬季风场与海浪场的关联特征分析

利用WAVEWATCHⅢ海浪模式模拟的1993-2011年中国东部海域19 a冬季逐日海浪场资料以及同期CCMP逐日风场资料,采用奇异值分解(SVD)的方法分析了冬季中国东部海域海浪场与提前0~5 d的东亚大陆地面风场的关联特征。结果发现:海浪场与提前1 d的地面风场的关联更有意义;SVD第一模态和第二模态分别反映了贝加尔湖以东南下的反气旋式偏北扰动大风(或气旋式偏南扰动大风)和中国东部平原入海的气旋式扰动风场(或反气旋式扰动风场)对中国东部海域海浪的扰动影响。此外,SVD分析还揭示了冬季影响中国东部海域海浪的大风关键区和移动路径;随着时间的推移,大风关键区从贝加尔湖以东逐步由蒙古南下影响中国东北和华北地区,最后到达中国东部海域。

中国海海表风场、海浪场与El Nino的相关性分析

利用CCMP风场，分析了中国海海表风场与E1Nino之间的关系，并利用CCMP风场驱动WW3海浪模式，对1988--2009年的中国海海浪场进行数值模拟，探索中国海的海浪场与E1Nino的内在联系。以期能利用E1Nino指标辅助中国海海浪场、海表风场的中长期预测、防灾减灾等．结果表明中国海的海表风场、海浪场与nino3指数关系密切：①同期及1—4个月后的海表风场、海浪场与当月的nino3指数表现出显著性负相关，尤其是2个月后的海浪场、海表风场与nino3指数之间的负相关性最显著；7～10个月后的海表风场、海浪场与当月的nino3指数表现出显著性正相关，尤其是8个月后的海浪场、海表风场与nino3指数之间的正相关性最显著．②1988--1997年期间、1999--2009年期间，8个月后的海表风场、海浪场与当月nino3指数的走势表现出非常好的一致性．@nino3指数、中国海的海浪场、海表风场三者存在较为显著的、共同的半年周期（5．87～6．29个月）、年周期（11．00—13．54个月）．@nino3指数的突变期为20世纪80年代后期、1999年7月—2000年11月、2005--2009年；海表风场与海浪场的显著性突变期完全一致，为2000年11月—2001年5月，其中nino3指数在1999年7月—2000年11月期间的突变期比海表风场和海浪场的突变期超前约半年左右，nino3区海温的突变可能是中国海海浪场、海表风场突变的主要诱发因素之一．

热带气旋风场对海浪分布特征的影响

设计了一系列理想的数值实验,利用高分辨率的WAVEWATCHIII海浪模式定量分析热带气旋移动速度、强度、最大风速半径和热带气旋移动时的转向等风场细节因素对热带气旋下表面海浪分布特征的影响。实验结果表明,热带气旋移动速度、最大风速半径和热带气旋移动时的转向会影响海浪的空间非对称分布。最大风速半径增大会使最大有效波高的位置向后移动,而移动速度增大会使最大有效波高位置向前移动。移动速度增大会使右侧象限内的有效波高增大,左侧象限内有效波高减小。最大风速半径增大和强度增强使各象限内有效波高均增高。热带气旋的转向使各象限内有效波高增高,除了右后象限。这些风场特征对各个象限内海浪的平均波长、平均周期、平均波向、和波峰方向都有很重要的影响,尤其以左后象限最为显著。

高海况条件下海浪水压场测量实验研究

水雷水压引信具有极好的抗扫能力,但海洋环境复杂,海浪水压场对水压引信造成严重干扰。为获取不同海域、各种海况下的海浪水压场数据,提出了高海况条件下的海浪水压场测量实验方案和实现方法。解决了水下测量系统的低噪声、低功耗、大容量存储等关键技术;克服了恶劣海况下测量体的布放回收、测量体晃动、抗泥沙掩埋等难题。海上试验结果证明了系统的有效性,并在东海成功获取了在台风"桑美"外围影响下的海浪水压场数据。对不同海况下的水压场信号进行了分析,得出了重要结论。

基于局域支持向量机的海浪水压场混沌预测

针对海浪水压场的短时平稳性,采用局域支持向量机进行预测滤波。首先分析了海浪水压场信号的混沌特性,并根据其混沌特性,提取训练空间中与当前相点的行为特征密切相关的最近邻点作为训练样本对支持向量机进行训练,减少了训练样本的数目,节省了网络学习时间,从而可实时对网络参数进行更新,使支持向量机能够跟随海浪的变化。实际计算表明这种算法能够以较快的学习速度和较高准确度实现海浪预测,能够克服由于海浪的短时平稳性所带来的随时间的增长预测精度下降的问题。

基于AR模型功率谱估计的海浪水压场特性研究

海浪水压场是水压引信的主要干扰源．通过自行研制的高精度海浪水压场自动测量系统进行了海上测量试验，获取了大量的海浪水压场原始数据．采用基于AR模型功率谱估计对实测数据进行了分析，详细研究了不同水深、不同浪级下的海浪水压场特性，得出了海浪水压场在短时间内可视为平稳随即过程，其主要能量集中在0．05～0．2Hz，且随着海况级别的升高，最大能谱频率向低频方向移动等重要结论，为新型水压引信提高抗海浪水压场干扰能力提供了设计依据．

基于浅水风浪谱的海浪水压场模型仿真与校核

对海浪水压场高精度建模仿真,是水雷水压引信研究的一个重要工作。依据由我国附近海域实测数据总结出的风浪谱模型,对浅水层海浪水压场进行建模仿真,并利用牛顿迭代法优化模型计算,提高仿真的精度和计算速度。对比实测海浪水压场特征参量,对仿真结果进行校核,证明仿真模型在特征参量准确性和作战仿真实用性方面取得不错的效果。

海浪水压场的部分解耦Volterra自适应混沌预测

针对高海况下对海浪水压场实施预测滤波效果较差这一问题,文中基于混沌模型提出了一种新的预测滤波方法。首先对海浪水压信号的混沌特性进行了分析,计算了相空间重构的参数,建立起了海浪水压场的相空间重构模型;并根据其所具有的混沌特性,利用其相轨迹所揭示的高阶信息,使用二阶部分解耦Volterra自适应预测滤波器进行预测滤波。大量实测海浪数据的滤波实验和对舰船水压信号的检测结果显示,这种算法既具有较高的预测滤波效果,又能根据海况的变化及时地调整滤波器系数,算法实现较为简单,适合海浪这种短时平稳信号。

海浪水压场的混沌特性分析及预测模型

海浪水压场作为水中兵器水压引信最严重的干扰源,对其混沌特性进行研究具有极为重要的意义.依据判断系统是否具有混沌特性的2个重要指标:关联维数和最大Lyapunov指数,分别通过G-P算法和小数据量的Wolf算法进行了计算.对一定数量的海浪水压场数据所进行的计算表明,海浪水压场具有分数的关联维数和正的Lyapunov指数,表现出明显的混沌特性.在此基础上依据混沌信号的相空间重构理论使用支持向量机对海浪水压场进行了预测建模,结果表明非线性混沌模型较常规的线性AR模型具有更高的预测精度.

基于台风条件下海浪水压场建模仿真

为了研究特定海况等级和台风风级条件下的海洋环境水压场特征,并建立准确的物理场信号模型,首先验证了SWAN(simulating waves nearshore)模式推算台风浪的有效性,通过SWAN模式获取台风条件下某海域的海浪谱,并根据海浪谱密度求其海浪振幅谱;然后,由海浪振幅谱得到了海底压力振幅谱及压力功率密度谱、海底固定点水压场压力-时间历程。仿真结果表明:该模型可以将研究海况等级数由4级推广至8级,且在8级海况条件下的海浪水压场值最大可达12 kPa,有助于高海况条件下对水中装备进行性能测试。

基于T/P资料分析南海海面风、浪场特征及其关系

本文以T/P卫星高度计提供的海面风、浪资料为基础,利用自然正交函数对南海海面风、浪场进行展开,然后找出统计上显著的几个典型场,探讨南海海风、浪场的时空分布特征及其关系。分析结果显示,南海海面风、浪场的第一、第二模态具有很好的相似性,第三模态却表现出明显不同的特征,这一结果可以很好地反映南海海面风、浪场间的关系,从而为海浪场的经验预报和分析提供参考。