Transformation of Wave Energy Spectrum in Shallow Water

Combined with irregular wave-maker, the growing process of Wave Energy Spectrum in shallow water can be studied in wind wave channel on different water depth conditions, and its transformation characteristics and rules can be obtained.

Experimental Study of Wave Energy Spectrum in Shallow Water

Wave energy spectrum in shallow water can be studied in wind wave channel in combination with irregular wave- maker. Fetch length is successfully extended and by 'Relay' method the corresponding spectrum pattern and the wind velocity scale are obtained.

The characteristics of frequency-time azimuth spectrum estimation by a vector hydrophone in shallow water

The mechanism of interaction between the energy flows of the far-field ship noise and the near-field platform is studied, and the characteristics of frequency-time azimuth spec- trum is discussed. Based on normal modes theory in acoustic vector fields, the model of the near-field platform is established, and the simulated result is similar to the investigation in shallow water. The frequency-time aziinuth spectrum of the energy flow is investigated by the vector hydrophone changes with frequency. The energy flow of the far-field ship noise interacts with the near-field platform, so four kinds of stripes are shown in the frequency4ime azimuth spectrum, which is the same with the investigation of sea trial. The estimation of direction of arrival appears inaccuracy, and varies with frequency. The main factor that affects the charac- teristics of frequency-time azimuth spectrum of resultant energy flow is the difference of sound pressure level. The estimation of the direction of arrival benefits from this when a number of sources exist in shallow water.

光学浅水海草高光谱识别

以三亚湾泰莱藻为例,对海草光谱特征进行分析。结果表明,450—780nm是海草光谱主要敏感波段,其波段内的导数光谱是海草叶面积大小序列辨别的有效依据。一阶导数获得的红边与叶片叶绿素a浓度密切相关。海草在625nm、675nm两处出现明显的导数特征峰,两峰峰值相差较大;其优势特征峰分布在550nm、700nm、750—780nm。实际应用中,此特征可作为海草底质分类的识别条件,与海草覆盖率和光谱特征的关系相结合,可对大量的遥感数据进行识别,从而达到大尺度遥感监测海草分布和动态变化的目的。

非静压方程与波作用谱模型的波浪传播嵌套模拟

为了合理描述波浪从大尺度范围到小尺度范围传播变形,将基于求解相位平均的波作用谱模型和求解相位的非静压波浪模型进行嵌套。非静压模型的嵌套边界条件由波作用谱模型计算得到的波浪谱经过空间和频率插值提供。波浪在等水深地形和斜坡地形上传播的嵌套模拟算例结果表明,嵌套模型可以获得较为准确的波高、周期以及波浪谱,可以合理描述波浪从大范围区域向小范围区域的传播。

变浅作用下浅水海浪谱的计算

深水海浪向近岸传播过程中,由于变浅作用,其波面高度分布,波谱都发生了变化。本文基于非线性系统的输出和输入间亦存在转换关系,通过波面高度分布函数建立了深水正态海浪过程作为输入和浅水偏态海浪过程作为输出之间的非线性转换关系,导出了深、浅水谱间的理论关系。在假定能通量不变的条件下,提出了一种由已知深水谱和波面偏度计算二维海浪变浅作用下的浅水谱的方法,并对其进行了讨论和检验。

利用水平阵模态域波束形成判别声源深度

针对近水面声源和水下声源的深度判别问题,根据近水面声源难以激发低阶模态的物理现象,研究利用声源波数谱结构和波数位置的不同来分辨近水面声源和水下声源。通过采用最小方差无失真响应的谱估计方法进行模态域波束形成,补偿水平阵各阵元之间各号简正波的相位差,获得主瓣窄、旁瓣低的声源信号波数谱。波数谱的波数位置与频率呈近似线性关系,水中声速剖面、海底参数、海深都会影响波数谱的具体结构和位置。此外,声源信号的到达角估计误差同样也会影响波数谱主瓣的位置估计。数值仿真结果表明,在浅海负跃层声速剖面条件下,可利用水平阵模态域波束形成判别声源深度,区分近水面声源和水下声源。

浅海海底界面混响平均强度特性仿真

海底粗糙界面是产生混响的主要因素之一。本文通过理论分析和数值仿真的方法,根据浅海全波动混响模型对不同海底粗糙界面所引起浅海混响平均强度特性进行研究,主要考虑Goff-Jordan谱、Gauss谱和指数谱三种不同粗糙界面条件下的海底反向散射强度和混响平均强度特性。计算结果表明:海底粗糙界面会引起海底反向散射强度的频率特性的差异,进而导致海底平均混响强度的频率特性的差异,但随入射角度的变化不大。即使界面起伏的方差和相关长度相同,不同的粗糙度谱也会引起平均混响强度的差异。

非对称系泊系统作用下浅水浮式海洋平台运动耦合分析

选择地理位置、区域环境较为关键的岛礁,建立浅水浮式海洋平台,具有重要意义。应用在岛礁浅水区域的浮式海洋平台,由于受地理环境限制,很难设计对称式系泊系统。因此,本文设计2种典型非对称式系泊系统布置方案,基于TMA浅水波浪谱理论,对2种非对称系泊系统作用下浮式平台的水动力响应进行时域数值计算,计算结果与对称式系泊系统作用下结果对比分析,获得了非对称系统状态下平台运动响应特点及系泊张力分布特点。

浅水新型FPSO张紧式多点系泊系统时域分析

为了确定新型圆角倒棱台形FPSO(IQFP)的系泊系统方案,进一步研究浅水张紧式多点系泊系统的基本特性,考虑风、浪、流的联合作用,对IQFP张紧式多点系泊系统进行了作业工况和生存工况下的时域耦合运动响应分析,得到了浮体运动和系缆张力的时历曲线。研究结果表明,浮体的水平偏移和系缆的张力都符合规范要求,系泊性能优良。在此基础上,通过谱密度分析,从能量角度对浅水张紧式系泊特性进行分析。分析结果表明,与悬链线式系泊相比,采用张紧式多点系泊的浅水IQFP的浮体低频运动响应很微小,而系缆张力中波频力和低频力所占比例几乎相同,从而进一步验证了张紧式多点系泊系统适用于浅水海域的优越性。

浅水波长计算问题

浅水波周期保持常值,而波长缩减时其计算需进行迭代。提出了两个精度较高的经验公式供计算应用。水深波长比差值ΔLD0的变化规律反映出浅水波长缩减为一复杂过程,并与波能密度加大相关。LD0≤0.14时,特别是LD0=0.056前后,其特征会更加显著,由此可探讨波长变化的内在机理。

浅海非线性波浪荷载谱的研究

本文应用理论推导及数值计算方法,对浅海非线性随机波浪的荷载谱进行了研究;将波面方程、海水质点的水平速度及加速度分解成一阶和二阶分量,通过引入Hermite多项式,得到了波面方程与其一阶分量的自相关函数之间的关系,从而确定了一阶波面分量的谱密度,进而得到了单位桩柱长度上的波浪力及总波浪力的谱密度。

基于统计分析的水声低频线谱检测试验研究

针对浅海水声低频线谱检测应用场景,在理论仿真和海试数据处理基础上,采用统计分析的方法,对浅海低频环境噪声特性进行了分析和研究。对浅海低频环境下的线谱信号检测性能进行了数值模拟和仿真,获得了理论和试验环境下描述低频线谱信号检测性能的接收机工作特性(Receiver Operating Characteristic,ROC)曲线。理论和试验数据分析表明,浅海低频环境噪声基本符合理论描述的瑞利分布特征,线谱检测所需的信噪比判决门限略高于理论值,并随噪声的频率分布而变化。

基于双水听器的浅海水声目标深度分类方法

针对现有水声目标深度分类方法存在阵元数目要求较高、频率适用范围有限、信噪比要求较高的问题,基于有效深度模型,利用不同深度处双水听器采集的声压信号计算出声压互谱信号,根据声压互谱信号的深度分布特征,提出了适用于低信噪比工况的浅海水声目标深度分类方法.利用声压互谱有功分量的符号分布进行目标深度分类,仿真分析了接收深度、声源频率、信噪比、线谱稳定性、声速分布对算法性能的影响,验证了算法的可行性与稳健性.算法适用于线谱频率激发三阶简正波的情况,算法的频率适用范围得到进一步扩展,在低信噪比工况下仍能获得较好的深度分类效果.

浅水区波浪特征的变化

基于波浪整体物理模型试验结果,研究了波浪从深水到浅水传播过程中的变化。结果显示,波浪从深水区传至浅水区后在一定位置处,波高统计值明显增大,波面过程分布从深水区的正态分布变为浅水区的三参数Weibull分布,而谱型则由深水区的JONSWAP谱变为浅水的Wallops谱。

响水海域畸形波特性初探

基于"单波波高大于两倍有效波高且有效波高大于1 m"的浅水畸形波定义,从江苏响水站连续3 a的波记录中挑选出畸形波数据,对其进行谱分析和小波分析。谱分析显示该海域波浪呈现典型的双峰特性。小波分析的结果可分成两类,均显示畸形波出现时刻低频成分的能量显著增高,而高频成分的能量在第一类中相对较低,在第二类中很小可忽略。将该小波谱和前人文献中描述的一种典型畸形波的小波谱进行了对比,并通过计算Irribaren系数证实了该海域长重力波存在的可能性,为低频成分的来源提供了依据。并通过波向和发生季节对畸形波所在波记录进行了初步的统计分析。

浅海海底声学参数反演方法研究

海底声学参数反演问题近年来已经成为水声界的研究热点之一。论文针对不同的海底模型和海底参数提出了两种反演方法。浅海多途效应导致声场在距离-频率平面形成干涉谱,利用距离域干涉谱提取出干涉准周期作为反演匹配物理量,提出一种基于无限均匀沉积层海底模型的海底反演方法。针对倾斜海底,提出一种基于特征声线传播时间的海底反演方法。

距离域干涉谱反演海底参数方法研究

浅海多途效应形成了在距离-频率平面的干涉谱图,本文利用距离域干涉谱提取干涉准周期作为反演匹配物理量,在单无限均匀海底模型的基础上,以最小均方差原则建立代价函数,通过模拟退火法搜索最优解,提出一种海底参数反演方法。仿真结果表明,该方法反演所得参数在典型负跃层剖面下能有效地用于声场预报。

不规则海浪谱造波及波浪由深至浅传播的演化研究

该文通过试验方法研究了中山大学深浅水水池波浪传播过程,对规则波和不规则波在不同水深、周期条件下的波浪在深浅水传播变化特征进行了描述。结果表明:在不规则波作用下,随着波浪在浅水的继续推进,波浪的能量频域分布出现显著的2倍频谱峰值;无论是否波浪破碎,浅水区波谱的波浪的主频仍与入射波的频谱峰值保持一致,但谱形变宽,产生一些高频的波浪;涌浪传播到浅水区,能量在频域内重新分配,激发出基本频率的整数倍频。研究成果可以为工程实际以及波浪在深浅水地形传播的数模研究等提供试验数据和参考。

浮式风机浅海区域系泊系统定位特性研究

由于水深较浅,水下地形和环境复杂,浅水海域浮式风机系泊系统的设计具有较大难度。以X1 Wind公司设计的X30浮式风机结构为母型,针对悬链线式、半张紧式和张紧式系泊方式,设计了8套不同的系泊方案,开展浅海区域浮式风机多点式系泊系统特性研究。通过水池模型试验修正数值模型,通过计算获得各系泊方案的定位特性,为浅海区域浮式风机系泊系统设计提供参考。