改进的相位调制法模拟畸形波:I—理论模型与验证

基于随机波浪的Longuet-Higgins模型,提出了一个改进的相位调制方法模拟畸形波。调制部分组成波的随机初相位,使该部分组成波的波高在预定地点和预定时间为正,波浪在此叠加形成畸形波。该方法不但能够实现定时定点生成畸形波,同时既可以满足波浪序列的统计特性、又保持目标谱的结构。与现有线性叠加法比较,该方法可以模拟得到更高畸形度的畸形波。对"新年波"等3个实测波列进行模拟验证,结果表明本方法模拟畸形波具有良好的精度和较高的效率。     

三孤立波的斜坡爬高特征

该文采用推板式造波机和改进的Goring造波方法在波浪水槽中生成了由三个等波高孤立波组成的波列,首先在坡度为1/10的斜坡上进行了多个孤立波连续爬高的实验研究。实验测量了等波高双孤立波和三孤立波在等水深波浪水槽中传播和在斜坡上的爬高过程,给出了沿程多点浪高仪测量的波面时间序列和高速摄像记录的水线在斜坡上爬高与回落过程影像。分析了来波相对波高和无量纲波峰间距对每个孤立波爬高放大系数的影响。在基于RANS方程和VOF方法的数值波浪水槽中,模拟了三孤立波爬高过程,给出了最大爬高与破碎特征。实验和数值模拟结果表明,孤立波在斜坡上回落时会产生强劲的回流水流,该反向流动导致后随孤立波破碎,消耗波动能量,使得后随孤立波的爬高放大系数明显小于没有回落水流影响的首个孤立波的爬高放大系数。当孤立的波峰间较大时,若来波相对波高较小,后两个的孤立波爬高基本相同;若来波相对波高较大时,第三个孤立波的爬高大于第二个孤立波的爬高。     

基于初始扰动反演原理的畸形波时空聚焦模型

时空聚焦模型由于可以较好的体现出畸形波的偶然性、短暂性、能量汇聚性等特点而广泛用于畸形波的实验模拟和数值模拟,但通常得到的波浪具有随机性,而且无法模拟特定形态的畸形波。该文为解决上述问题,从初始扰动反演过程的角度,以Gauss包络为例,研究了畸形波的时空聚焦演化。建立求解二维N-S方程的数值波浪水槽,模拟了畸形波的生成演化。采用的表达式可以较好地反映畸形波的大波高、短暂性、连续大波等特点,且对于海洋结构物的安全性评估有参考意义。数值结果与理论吻合良好,证明了表达式的正确性。     

夏季太湖北岸的波浪组成及演变特征分析

波浪是驱动大型浅水湖泊中水生生态系统演变的关键动力过程。基于太湖北部近岸区的波浪方向谱、同期风速、风向的观测资料,分析了波浪组成及其演变特征。结果表明：太湖北部近岸区的波浪频率谱主要为单峰或双峰型,属于中高频波;风是波浪形成的主要驱动力,风向(或周边地形)对有效波高的调制作用可用三角函数定量表征;风浪的有效波高、谱峰频率及其平均方向与风速、风向的关系证实了太湖北部近岸区的波浪由涌浪和风浪组成,且涌浪占比较高。岸界的反射作用提高了北部近岸区涌浪的比例;涌浪的有效波高随耦合风速(风速、风向的耦合)不仅呈e指数增长,而且有快、慢分化的现象。研究成果有助于提高大型浅水湖泊中近岸区波浪估算的精度,确保水生生态修复效应。     

逆流对不规则波中畸形波波形影响的实验研究

该文在二维波浪水槽中进行了不规则波与逆流相互作用的实验;分析了逆流的存在对不规则波列中出现的畸形态的影响.结果表明逆流会增加畸形波出现的概率;畸形波的波形以高波峰为主,能占总畸形波的85％以上.畸形波波峰前端相对陡峭,后端较平缓;然而不同逆流流速下畸形波的平均波形差异不明显,与新波模型吻合较好;逆流对畸形波的平均波面影...     

基于小波变换的畸形波生成过程时频特性研究

畸形波是一种波高极大的灾害性波浪,实测资料的缺乏限制了其研究进展.实验室实现畸形波可控制生成弥补了这一不足.该文将利用小波变换对实验室畸形波生成过程中记录的波面时间序列进行时频分析,研究畸形波生成时的小波谱分布特征,对比畸形波生成前后能量分布和频率组成的区别,得到畸形波生成过程中在时间-频率域内的分布特性和变化规律,并运用这些规律对实测资料中无法识别的畸形波生成阶段进行判别,有助于更深入的掌握这种灾害性波浪的特征.     

基于双波群聚焦机制的畸形波生成机理分析

目前关于畸形波生成机理有多种假设,波群间的作用是畸形波产生的一个重要原因。该文利用两个单聚焦波群叠加,实验模拟了双波群聚焦产生畸形波的过程。通过小波分析、傅立叶变换和组成波分离等方法,分析了畸形波产生过程中波群的演化特征、频谱变化、波群间相互作用以及组成波的色散关系。研究发现在波群演化过程中,波群内部非线性作用较弱,而双波群间的三阶非线性作用显著,其对畸形波形成起到重要作用。并且波群谱峰频率宽度越小,三阶非线性作用越明显,这表明波群间频率宽度越小,越容易产生畸形波。     

Peregrine呼吸子解畸形波在水底障碍物作用下演化数值研究

畸形波是一种持续时间短,波高极大,能量高度集中的波浪,能给海洋工程结构物带来严重的危害。该文选取三阶薛定谔方程(NLS)的Peregrine呼吸子解,作为畸形波非线性模型,研究其在穿过水底障碍物时的演化规律。建立求解N-S方程的二维数值波浪水槽,分析不同计算参数对生成畸形波的影响,并与理论解对比,验证数值波浪水槽的有效性。在水底布置不同尺寸的方形障碍,模拟不同畸形波穿越水底障碍时的演化过程,采用小波变换(CWT)分析畸形波时频能量特征,模拟结果表明畸形波在遭遇水底障碍物时,其非线性、能量分布等参数的变化皆会受其影响。     

淤泥质海岸波生流动力机制及三维模拟研究

淤泥质海岸底坡极为平缓,波浪传播时浅水变形与破碎均不显著,且粘性床面可使波能向岸持续耗散,波浪传播特性的不同使其催生的波生流态与沙质海岸具有明显差异,但当前对其机理缺乏深入探讨.采用基于过程的波生流三维计算模式,以连云港海区为例,对波生流运动规律进行了模拟与分析.研究结果显示淤泥质缓坡海岸波生流影响范围较远,可延伸至深水区,但与沙质海岸相比,其流速不高、底部离岸流不明显.在波浪垂向紊动掺混作用下,垂向流速梯度随波高增大而变得均匀.波生流影响程度随入射波高增大而增大,在大浪条件下,波生流的贡献已与潮流达到相近权重.     

波群的统计分析与模拟

本文据连云港、石臼港和赤湾港的现场实测波浪资料,按波高系列和波浪包络理论进行了波群的统计分析;讨论了波群发生概率,比较了不同的波群程度的描述方法。最后,在分析和模拟波列及按SIWEH方法模拟波群以后,提出用试算法模拟波群。