海浪谱峰周期与跨零周期的一个经验关系式

从PM谱出发,推导出谱峰周期与跨零周期的谱关系式Tp=5π414Tz≈1.41Tz;对海上实测海浪谱资料进行了分析,表明该式所给出的系数与统计值相当接近,较好地解决了由海浪谱直接获取谱峰周期所产生的谱稳定性问题。

深水铺管海域涌浪谱峰周期测试技术研究

深水海底管道铺设中,长周期涌浪频率与深水铺管船振动频率接近,易引发结构物与海上涌浪的耦合共振,导致工程风险甚至引起海上事故。文章提出了一种基于双目立体视觉原理的海上长周期涌浪谱峰周期现场测试方法,并针对我国某海域的深水长周期涌浪进行了海上测试,为铺管海域涌浪谱峰周期监测提供了新的方法与借鉴。

南海深水区双峰型海浪谱特征研究

基于南海深水区波浪实测资料,对双峰型海浪谱的演化过程进行了分析,并对双峰型海浪的波高、波向、谱峰周期、出现时间和常用双峰谱模型的适用性等方面进行了研究。结果表明,双峰型海浪出现时波高普遍小于2m,其涌浪部分谱峰周期约11.37s;Ochi-Hubble谱在南海的适用性较好。研究成果可为南海深水区油气资源的开发、设计提供参考。

一种TDCS信号检测及基函数周期估计的方法

针对变换域通信系统(Transform Domain Communication System,TDCS)信号难以检测的问题,设计了基于功率谱二次处理的检测方法。通过数学建模,理论推导了TDCS信号的自相关函数,并由此推出了TDCS信号的两次功率谱函数,证明了TDCS信号的二次功率谱存在周期性谱峰的特征,并给出了谱峰周期与基函数周期的数学关系。据此设计了一种TDCS信号检测算法,该算法能够检测TDCS信号并对基函数周期给予估计。理论分析了高斯白噪声对检测算法的影响,通过计算机仿真,验证了该算法在低信噪比下的性能,对比了二次功率谱法与时域相关法的检测性能,验证了采样数据长度对检测性能的影响。仿真结果表明在低信噪比条件下,本文算法对基函数周期估计仍有效,且算法性能相较于自相关法提高了约1.5 dB,增加采样数据长度可进一步提高二次功率谱算法的准确性。

TDCS信号检测及基函数周期估计

为了解决变换域通信系统(transformed domain communication system, TDCS)信号检测及参数估计问题,通过对TDCS信号自相关函数的推导分析,提出了一种基于二次自相关的TDCS信号检测及基函数估计的方法。分析发现,TDCS信号的自相关函数会出现周期性谱峰,且峰峰间距为基函数周期的二分之一,故以谱峰间隔是否呈现周期性作为TDCS信号的存在性判据,并根据峰峰距离进一步估计TDCS信号的基函数周期。但单次自相关处理得到的局部谱峰受信道噪声影响大,为此提出了二次自相关法,该方法使得局部峰值特征进一步加强,相较于单次自相关,二次自相关可在更低的信噪比下实现TDCS信号检测并对基函数周期进行有效估计。

基于实测资料的南海海浪周期关系研究

海浪周期在海洋工程设计中有着重要作用,而不同的海洋工程设施在设计时所选用的周期参数也不同,因此不同周期间的换算关系也就显得尤为重要。本文利用南海北部油气田区1a的实测海浪周期数据,研究了其谱峰周期、有效周期、跨零周期和最大波高周期等的相互关系,并与相关规范和文献研究结果进行对比,给出了南海海浪周期间的关系式,从而为海洋工程设计提供了支持,也为南海海浪周期关系研究提供了参考。

聚焦波作用下悬浮隧道水动力特性数值模拟研究

【目的】研究聚焦波作用下悬浮隧道水动力及结构动态响应特性。【方法】采用高精度有限体积方法数值求解不可压缩两相流动控制方程,建立高精度数值波浪水槽模型。应用嵌套网格技术,采用四阶Runge-Kutta方法,数值计算了波浪荷载作用下悬浮隧道动态响应的弹簧-质量-阻尼系统。通过设计合理的计算工况,系统分析不同波浪要素及结构动力参数对悬浮隧道水动力特性及结构动态响应的影响。【结果】聚焦波作用下悬浮隧道所受最大水平荷载稍大于竖向荷载,最大水平位移远大于最大竖向位移,约为最大竖向位移的5倍。【结论】随着有效波高的增加,悬浮隧道所受水动力荷载逐渐增大,结构动态响应逐渐增强;水深和谱峰周期对悬浮隧道水动力及结构动态响应的影响有限;随着淹没深度的增加,悬浮隧道所受波浪荷载逐渐减小,结构动态响应逐渐减弱;在相同入射波条件下,悬浮隧道直径越小,动态响应越小。上述研究结果可为悬浮隧道的参数设计提供一定参考。

基于FHDI-GNWM数据的全球波浪宏观分布特征初步分析成果

为分析全球波浪的宏观分布特征,基于2011—2015年共5 a的FHDI-GNWM全球波浪数据,对全球的有效波高Hs、谱峰周期T_(p)和主波向D_(main)进行研究,研究结果表明:全球有效波高Hs平均值总体呈现南半球大于北半球的特点,且在南半球对应于南极绕极流区域形成了一条明显的有效波高Hs平均值大于3.6 m的高值区,与西北太平洋、东太平洋、北大西洋、南大西洋和印度洋等全球主要大洋的波高宏观分布特征差异性较大;全球大部分海域T_(p)平均值大于12 s且T_(p)在各大洲的西海岸要明显大于东海岸;全球主波向分布规律不明显,不同海域的主波向存在明显差异。

基于风浪平衡域理论的浅水情形拖曳系数研究

拖曳系数是计算海面风应力的重要参量,合理可靠的拖曳系数对于提高海洋与大气模式的预报能力极为重要。本文使用沿岸海域浅水情形下长时间大范围的浮标观测数据,基于风浪平衡域理论反推拖曳系数,围绕水深对拖曳系数的影响进行探究。数据结果表明,海浪的谱峰周期与拖曳系数之间有着紧密关联,水深不是影响拖曳系数的直接因素,海浪的谱宽度应是拖曳系数的直接影响因素。本文的研究结果对于合理地解释参数化拖曳系数具有重要的引导意义。

中国近海及临近海域海浪的季节特征及其时间变化

利用1992年12月-2005年3月TOPEX卫星高度计资料,对中国近海波浪季节特征及其时间变化进行了分析。分析结果表明,冬季平均波高最大,台湾海峡、南海北部、中南半岛东南海域以及吕宋海峡外侧是冬季的大浪区;夏季平均波高最小;春、秋两季为过渡期。对冬季大浪所在区域波浪时间变化的研究表明,年变化是其主要时间变化特征,而季节内变化是该海区的另一重要特征,并且以5 a为周期的年际变化与ENSO事件有着很好的对应关系。

海气界面动量通量算法的改进

COARE(Coupled Ocean-Atmosphere Response Experiment)算法是国际上较先进的计算海气界面通量的算法。最新的COARE 3.0算法包含TY01方案和O02方案两种考虑真实海浪状态的海面空气动力学粗糙度方案;当有效波高和谱峰周期缺省时,利用Taylor01风浪特征量参数化方案可对它们进行参数化。在此基础上引入自主设计的WHP(Wind-wave significant wave Height and dominant wave Period)风浪特征量参数化方案和三种海面空气动力学粗糙度方案,即SCOR方案、GW03方案、PYP07方案以及更简单的Andreas12、Vickers15摩擦速度算法,利用NDBC(National Data Buoy Center)浮标数据、解放军理工大学风浪流水槽实验数据,针对中高风速条件(10 m/s≤U10≤25 m/s)比较上述方案对摩擦速度的预测效果。结果表明:WHP方案在COARE 3.0算法中的应用效果优于Taylor01方案,且新引入的SCOR、GW03、PYP07海面粗糙度方案对风浪特征量的观测误差敏感性更小、稳定度更高;水槽实测数据的对比结果表明,WHP方案结合SCOR海面粗糙度方案计算的摩擦速度与实测值最接近;引入其他三种实测数据的检验结果表明,原始COARE 3.0算法会低估摩擦速度,而WHP方案结合SCOR海面粗糙度方案能更准确地预测摩擦速度随10 m风速的增长趋势。

基于T/P卫星高度计资料的台湾岛周边海域风浪的分布和时间变化特征

利用有效波高和风速的3种概率密度函数分布:Rayleigh概率密度函数分布、Weibull概率密度函数分布、Log-Normal密度函数分布,结合TOPEX卫星高度计资料,对台湾岛周边海域的有效波高和风速进行分析比较.结果表明:有效波高的观测资料直方图与Log-Normal概率密度函数分布符合较好;而风速的观测资料直方图与Weibull概率密度函数分布符合较好.台湾岛周边海域的大部分海域以年变化为主,有效波高的平均值在冬季达到最大值,每年12月的平均值最大.每年平均有效波高最大值大多数出现在夏季,春季则是一年中有效波高平均值最小的季节,秋季和冬季则是巨浪出现频率较高的季节.同时,对有效波高平均值的时间序列做傅立叶展开表明,对应周期为1 a变化时的波动能量占每条轨道的波高波动能量的主要分量.

港域波浪联合绕射、反射特性试验研究

针对港域波浪在绕射、反射联合作用下波况复杂的特点,基于港口波浪整体物理模型试验,对不规则波作用下港域内波高扰动系数的分布规律进行研究。研究表明:在波浪绕射作用或波浪反射作用占主导地位的掩护区域,多向不规则波的扰动系数与谱峰周期正相关,且周期相差越大,扰动系数相差越大。在波浪反射占主导地位的波浪绕射联合作用下,单向不规则波的扰动系数随谱峰周期的变化无明显规律性关系,且波浪反射对波向十分敏感。在存在原有建筑物反射的物理模型试验中,需要将模型边界反射模拟准确,否则可能造成试验失败;数学模型亦然,对相关建筑物需选取合适的反射系数。研究结果对后续的港口工程建设有重要的借鉴意义。

航道开挖对波浪传播影响的试验研究

针对航道的开挖对于航道区域波浪传播变形影响较大的问题,基于波浪整体物理模型试验方法,对航道开挖后波浪在航道区域的传播规律进行研究。结果表明:航道迎浪侧最大比波高与波浪入射角度成反比,航道背浪侧的最小比波高与入射角度成正比。波浪小角度入射时,航道对波浪的折射作用较强,航道内波能衰减也较大;当波浪大角度入射时,航道对波浪的折射作用较弱,波浪穿越航道的能力较强,此时航道迎浪侧的比波高与谱峰周期成正比,航道内水深越小,航道对波浪的折射作用越强,迎浪侧的波能集中越大。

海湾台风浪特性及其对船舶的影响

利用对浙江中部三门湾海域为期1年的实测波浪资料,统计分析了该海域台风浪过程的波参数变化以及谱变化特性,探讨了台风浪对码头系泊船舶的影响。研究表明:三门湾海域常浪向和强浪向均为东面方向,谱峰周期大于10 s的波浪占全年波浪统计的21.48%。台风期间,外海涌浪和该海域风区内的风浪形成混合浪,波浪谱以双峰为主,其中0.08 Hz左右的东向涌浪成分占比很大,高频部分为不定向风浪;台风期间波浪谱峰周期与系泊船舶的固有横摇周期接近,另外,东向涌浪和码头系泊船舶形成一个45°的锐角,对船舶首摇不利,两者造成了海湾内系泊船舶的剧烈运动。研究成果可为海洋工程结构物的设计以及防灾减灾提供参考依据。