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本文采用波浪订正的Ekman模型,研究分析了三种Stokes漂流近似公式(单波公式、e指数公式、Phillips谱近似公式)对海洋表层流场估算的影响。海表总流场由海表面高度(SSH)数据计算的地转流和海浪模式WAVEWATCH Ⅲ输出结果计算的非地转流组成,并采用拉格朗日浮标观测数据对计算结果进行了验证。研究表明,随着Stokes漂流近似公式精度的提高,其计算的拉格朗日流速更接近于谱积分公式的计算结果,更贴近拉格朗日浮标观测数据。与谱积分公式计算的海表拉格朗日流速相比,单波公式的平均相对偏差为0.0834,e指数公式的平均相对偏差为0.0392,Phillips谱近似公式的平均相对偏差为0.0101,说明Phillips谱近似公式在不同风速下均能对谱积分公式有良好的近似效果。在低风速条件下,由Stokes漂流近似公式精度引起的海洋表层流场估算误差可以忽略不计,但随着风速增加,由近似公式精度引起的偏差逐渐变大,此时应该选择Phillips谱近似公式计算Stokes漂流,来减小误差。 相似文献
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《海洋湖沼通报》2017,(2)
最大波高作为表征海浪强度和危险程度的重要指标,既是设计波浪推算的依据,同时又对海洋预报有重要的作用。基于瑞利分布得到的最大波高公式,不能体现波陡和谱宽度等非线性因素的影响,由该公式得出的理论最大波高与实际观测值有偏差。采用相位平均方法的海浪数值模型分析,可以根据海浪谱计算得到有效波高,却无法给出最大波高。本文通过分析挪威北海定点十年的船测波面资料,得出波浪谱,进一步推算出波陡和谱宽度对最大波高的影响。首先提出一种实测波数的替代方式,然后分别研究波陡和谱宽度对最大波高的影响。研究发现随着波陡和谱宽度的增加,Hmax/Hs逐渐减小,并拟合出最大波高与Cartwright谱宽度参数的公式,得到较好的拟合效果。 相似文献
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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。 相似文献
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近岸局部范围内的波浪是由远处洋面上生成并传播过来的，它的生成发展源地(敏感性海域)对于所关注范围的波浪起决定性影响。共轭方程中的模式变量反映了物理参量的梯度变化，利用它可以达到精确确定敏感海域具体位置的目的。本文在LAGFD-WAM海浪模式基础上建立了海浪谱共轭方程，提出了通过在关注点邻域加一小扰动作为逆向积分海浪谱共轭方程的驱动项，来计算出梯度极值分布的思想。将这一思想应用于东中国海区域，通过一系列试验来确定舟山及长江口附近海域的敏感性区域位置。试验结果符合物理意义，梯度极值分布结果为下一步的多源卫星观测资料复合分析及最优实测方案设计奠定了基础。 相似文献
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本文介绍大直径圆柱墩不规则波波浪力的确定方法,本法基于波浪绕射理论及随机海浪的极值分布理论而建立,经过不规则波波力试验,证实它是合理并可靠的。文中讨论了波力谱的表达式,波力及波力矩的统计分布特征及波力谱(或波力矩谱)与波浪谱峰频值ω_0的关系。 相似文献
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基于浅水斜坡地形的物理模型试验数据,考察SWAN模型对实验室小尺度浅水波浪的模拟效果,进而检验其浅水项的模拟精度。模拟中采用直接输入初始测点的实测海浪谱进行造波,重点考察浅水中三波相互作用和变浅破碎两个源项,对不同工况下,SWAN模式在水深条件变化下的有效波高、谱平均周期、海浪谱演化的模拟能力进行研究。研究表明:模拟的有效波高较符合实测波浪的增长和衰减,但谱平均周期计算值明显偏小;海浪谱的能量转移机制同实测有较大区别,频谱模拟结果出现高频高估、低频低估现象。对两个源项进行对比分析得出三波相互作用对海浪谱的能量转换影响远大于变浅破碎耗散。想要提高近岸区谱平均周期和海浪谱的模拟精度则SWAN模型中三波非线性项的计算精确度仍需更多研究和改进。 相似文献
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建立了同时考虑波致雷诺应力和时均水平压强梯度影响的二阶波浪边界层数学模型,模型计算得到的浅化波浪层流边界层内瞬时流速剖面、振荡速度幅值和时均流速剖面均与水槽实验数据吻合较好,在此基础上探讨了浅化波浪边界层流速分布特性及其影响机制。随着波浪的浅化变形,边界层内时均流速剖面"底部向岸、上部离岸"的变化特征越来越明显。这是二阶对流项引起的波致雷诺应力和离岸回流引起的时均水平压强梯度共同作用的结果,在床面附近由波致雷诺应力占主导作用并趋于引起向岸流动,在上部区域由时均水平压强梯度占主导作用并趋于引起离岸流动。 相似文献
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基于二阶斯托克斯波理论推导了辐射应力的垂向分布表达式,通过算例讨论了辐射应力在深水和有限水深条件下的垂向分布规律,并与基于微幅波理论的辐射应力进行了比较.结果表明,在波浪非线性不强时,基于二阶斯托克斯波理论的辐射应力与基于微幅波理论的辐射应力表达式计算结果接近;而当水深较浅波浪非线性较强时,基于二阶斯托克斯波理论的辐射应力在近表面处明显大于基于微幅波理论的辐射应力.采用二阶斯托克斯波理论推导的波浪辐射应力更为合理地反映了波浪非线性效应. 相似文献
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Based on observations from buoys, it is found that the wave age is well correlated with the nondimensional wave height, and this correlation is best described by a 3/5-power law. This similarity law is valid in the cases of wind waves as well as swells under natural sea states. On the basis of the 3/5-power law combined with the well-known 3/2-power law, it is shown that the wave-induced wind stress increases rapidly with wave age, indicating that the traditional observations or analytic techniques have only given the turbulent Reynolds stress induced by short wind waves, but excluded the long-wave-induced wind stress. The latter constitutes a small fraction to the total wind stress when the wave age is smaller than 1.0. The increase of sea-surface roughness with wave age can be attributed to wave breaking. 相似文献
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风作用于水面产生风浪, 其中由于波流紊动产生的动量和能量的交换机制是一个很复杂的过程。风应力一般用来描述这种能量交换, 可以分为3个部分: 水面的剪切力、波生应力以及紊动应力。采用一种有效的非线性波流分离方法——NSFM(Nonlinear Stream Function Method)对波流运动的动量和能量输移进行定性描述。构造能够有效表达非线性波浪的解析流函数, 摄动求解使其满足拉普拉斯方程、动力边界条件和运动边界条件, 结合实验室风浪数据, 分离出波生速度场。通过交叉谱分析, 得到波生雷诺应力在不同风速下对风应力的贡献。结果表明: NSFM对不同工况条件下的风浪的处理具有较高的精度, 模型适应性良好; 且风速越大, 波生应力沿着水深衰减得越快, 且自由面波生应力在动量输移中的比重会逐渐减弱。 相似文献
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The velocity fluctuations of wind over wind-waves in a wind tunnel are measured with a X-type hot-wire anemometer at some heights over the water surface.The observed vertical profiles of the wave-induced velocity fluctuations and the wave-induced Reynolds stress at the wave spectral peak frequency are different from those expected from the inviscid quasi-laminar model;i.e., the observed vertical profiles of the power spectral density of the wave-induced horizontal or vertical velocity fluctuations of wind have the minimum value at the height much heigher than the critical layer, and the value of the wave-induced Reynolds stress is negative at several heights over the water surface. From the comparison between the experimental results and the numerical solutions of a linear model of the turbulent shear flow over the wavy boundary, it is shown that the discrepancy described above can be attributed to the atmospheric turbulence. 相似文献
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划分风浪与涌浪的一个新判据——海浪成份及其在南海的应用 总被引：1，自引：0，他引：1
使用风浪谱的零阶矩（Ｍ０ｗ）和混合浪谱的零阶矩（Ｍ０）定义的混合浪能量成份因子，作为划分风浪与涌浪的一个新判据，给出了混合浪能量成份因子和混合浪波高成份因子的计算公式。根据混合浪波高成份因子的计算公式，使用ＧＥＯＳＡＴ卫星高度计５０个重复周期的资料，计算了南海海域波高成份因子及其月变化规律，资料的样本长度是１个月。计算结果表明：该海域的混合浪波高成份因子具有明显的时间变化规律。海浪在１１、１２、１、２月份和５、６、７、８月份，混合浪波高成份因子的概率密度分布形状高而窄，而在３、４月份和９、１０月份，混合浪波高成份因子的概率密度分布形状低而宽。在１１、１２、１和２月份，最可能出现的混合浪波高成份因子等于１．２，有７０％的波浪含有涌浪成份，在整个海域涌浪占主导地位。在５、６、７月份，最可能出现的混合浪波高成份因子位于０．３～０．４之间，有６０％的波浪只含有风浪成份，在整个海域风浪占主导地位。其它月份，最可能出现的混合浪波高成份因子介于冬夏两季之间，亦即风浪和涌浪出现的概率几乎是相同的 相似文献
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对已有根据观测提出的幂函数形式风浪成长关系进行了分析。发现这些风浪成长关系在消去无因次风区后一致地与3／2指数律相协调，尽管它们原来存在较大的不协调性。发现Jeffreys，Sverdrup和Munk以及Platit的风能输入源函数在谱积分意义下具有相似性，而Tsikunov，Hasselmann和Phillips的破波耗散源函数在谱积分意义下也具有相似性，尽管这些源函数的原始形式和物理背景显著地不同。利用有效波能量平衡方程，将3／2指数律和发现的风能输入及破波耗散源函数相似性相结合，提出了深水风浪随风区成长的分式指数律，以得到的分式指数律拟合已有基于观测提出的风浪成长关系提出了半经验的风浪成长关系，与已有观测数据符合。 相似文献
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Wave dissipation characteristics in SWAN (Simulating Waves Nearshore) model are investigated through numerical experiments. It is found that neither the fully developed integral parameters of wind waves (significant wave height and peak frequency) nor the high frequency spectral tail can be well reproduced by the default wave dissipation source terms. A new spectral dissipation source term is proposed, which comprises saturation based dissipation above two times of peak frequency and improved whitecapping dissipation at lower frequency spectrum. The reciprocal wave age (u /c p ) is involved into the whitecapping model to adjust dissipation rate at different wind speed. The Phillips higher frequency saturation parameter in the saturation-based dissipation is no longer taken as a constant, but varies with wave age. Numerical validations demonstrate that both the wind wave generation process and higher frequency spectrum of wind waves can be well simulated by the new wave dissipation term. 相似文献
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风浪和海洋飞沫对海表面拖曳系数和风廓线的影响 总被引：2，自引：1，他引：1
基于埃克曼理论,本文将波致应力和飞沫应力引入到海-气边界层的界面应力中,来研究海表面风浪和海洋飞沫对海-气边界层动量交换的影响,并得到修改后的埃克曼模型的理论解。波致应力是由风浪谱和波增长函数估计,并得到在中低风速下,波致应力、飞沫应力与湍流应力相比,对海表面拖曳系数和风廓线的影响非常小。当风速高于25米/秒时,海洋飞沫通过飞沫应力对海-气界面应力的作用远高于波致应力,以至于波致应力可以忽略。海表面拖曳系数在高风速下,随着风速的增大而减小。通过采用风浪谱的不同波龄,得到海洋飞沫的产生会导致海-气边界层风速的增加。最后,理论解与现场的观察数据进行了对比。对比后的数据表明,在中高风速下,飞沫对海-气边界层的影响远大于表面风浪。 相似文献
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Global estimates of wind energy input to subinertial motions in the Ekman-Stokes layer 总被引：1，自引：0，他引：1
By incorporating the wave-induced Coriolis-Stokes forcing into the classical Ekman model, the wind energy input to the Ekman-Stokes
layer is investigated, with an emphasis on the surface wave effects when the direction of Stokes drift deviates from that
of wind stress. Theoretical analysis of the kinetic energy balance of the Ekman-Stokes layer shows that the total wind energy
input consists of the direct wind energy input and the wave-induced energy input. Details of the direct wind and wave-induced
energy input are discussed. Based on the ECMWF ERA-40 Re-Analysis wind stress and surface wave data, the global total wind
energy input to subinertial motions in the Ekman-Stokes layer is estimated at 2.19 TW, including 0.26 TW (12%) wave-induced
energy input and 1.93 TW (88%) direct wind energy input. The effect of sea-ice coverage on the energy input to the Ekman-Stokes
layer is also considered. It is shown that the global total energy input could be overestimated by 0.08 TW (about 4%) without
taking the sea-ice coverage into account. 相似文献