台风马鞍对东中国海波浪的影响研究

利用第三代海浪模式WAVEWATCH III驱动合成风场,模拟西北太平洋台风马鞍作用期间东中国海的波浪,从而研究台风马鞍对东中国海波浪的影响。研究结果表明,台风马鞍作用期间东中国海的中部和南部海域的混合浪以涌浪为主,涌浪波向主要为东向。台风对东中国海的东南部海域影响最强,在该海域形成5~8 m大涌浪,最远影响到黄海中部海域,同时在我国东南沿海海域形成小波高长周期涌浪。     

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。     

登陆台风对长江口口门水域的影响

针对登陆台风对长江口口门水域产生的影响问题,采用统计学方法对3次登陆台风期间现场采集的长序列定点观测资料进行系统分析。结果表明,台风登陆后有效波周期减小至常态天气水平,未出现长周期涌浪;台风登陆前水位抬升,最大增水与最大有效波高均出现在登陆前高潮时;台风登陆前有效波高在2 m以上时,波浪对口门处由南向北的横向流速分量起到抑制作用;其他时段,口门处由南向北的横向流速分量变化与涨潮过程一致。     

连云港海域“达维”台风风暴潮数值模拟*

“达维”台风是建国以来登陆长江以北地区最强的台风。应用Jelesnianski台风参数模型、MIKE-SW波浪模型和MIKE-FM潮流模型,研究该台风在江苏海域登陆过程中台风浪、风暴潮的分布特征。计算结果表明,台风参数模型和台风浪模型验证较好,能够为风暴潮模拟提供准确的动力条件。台风过境期间,连云港海域最大风速超过40 ms,产生明显的海面强烈上升现象,台风中心附近水域最大风暴增水为1.7～1.8 m,高潮时刻风暴增水为0.6～0.7 m。该模拟系统能够准确模拟台风过境期间连云港海域风暴潮变化过程,对防灾减灾的数值预报具有重要价值。     

舟山海域台风浪数值模拟

为提高台风浪模拟的精度,将Holland台风风场模型与CCMP背景风场相叠加,构造合成风场来驱动SWAN模型。运用Jason-2卫星数据进行验证,比较了不同的最大风速半径计算公式和Holland B参数组合构造出的合成风场对模拟结果影响。选取最优组合,运用自嵌套,模拟了台风"米雷"通过舟山海域的波浪场。结果表明舟山群岛对台风浪的阻挡效果明显,台风期间舟山东部海域波高大、周期长且涌浪影响明显,西部海域波高较小且以风浪影响为主。     

MIKE21谱模型在台风浪数值模拟中的应用

基于能量平衡模型-SW(Spectral Wave model)对经过琼州海峡的台风浪进行了系统的计算,给出了琼州海峡内台风浪的分布情况及统计结果,对实际工程的建设具有重要的参考意义.SW模型是基于非结构网格的新一代风浪谱模型,可以用于计算风浪、涌浪的成长、衰减和传播;而且可以考虑近岸海底地形和建筑物引起的波浪绕射和反射效应,基本上可以满足局部区域波浪计算精度的要求.     

印尼爪哇岛南岸波浪双峰谱特征分析

印度洋北岸的波浪来自于几千公里以外的风浪传播变化,波向集中、周期长、强度大。实测波浪进行统计时波周期经常呈现混合浪的特征,季节性变化比较大,雨季周期长、旱季周期短。根据2010年2月～2011年12月在印尼爪哇岛南岸中部的实测波浪资料,对波浪谱进行分析研究。通过对各月份内逐日的波浪过程进行能量谱分析,得出印尼面向印度洋的爪哇岛南岸存在2种波浪结合的双峰谱特征,雨季低频涌浪能量大,旱季低频涌浪和高频波浪能量相当。     

福建沿海台风浪数值模拟及特性分析

以Holland模型风场和CCMP背景风场相叠加构造台风风场,驱动第三代海浪模式SWAN对登陆福建的0908号台风"莫拉克"和1013号台风"鲇鱼"发生的台风浪过程进行数值模拟,并运用Jason-1卫星数据对模拟结果进行验证,结果显示模拟风速、有效波高值和卫星资料值吻合较好。在此基础上分析福建海域的台风浪时空分布特征和近岸三处海湾的波高变化过程,结果显示:台风过程中,最大风速和浪高值均位于台风移动中心右侧,风浪夹角与到台风中心的距离成正比且右侧夹角较小,左侧较大,台风中心对应着浪高的低值区,波高分布在海峡内外表现出较大的不对称性。"莫拉克"过程中,福建东北部海域出现10.8 m大浪,厦门湾、兴化湾、三沙湾内波高主要由风浪引起;"鲇鱼"过程中,福建南部海域出现9.2 m大浪,兴化湾、三沙湾内波高主要由风浪引起,厦门湾受到一定的南部海域涌浪的影响。     

双台风下江苏沿海的波浪数值模拟

为研究江苏沿海海域受双台风布拉万和天秤的影响情况,应用Holland模型与ERA背景风场数据构建双台风布拉万和天秤的模拟风场,结合MIKE SW模块进行台风浪的数值模拟试验,通过与卫星轨道数据、实测站点数据对比对模拟的有效波高进行了验证,研究了东中国海范围和江苏沿海海域的波浪场(混合浪、风浪和涌浪)特征。其中,在模拟风场的构建中,比例系数e至为关键,通过进行参数试验确定较优系数值。研究结果表明台风布拉万主要以风浪形式影响江苏沿海海域,出现的风浪最大值为10.4 m,台风天秤是以涌浪形式影响,涌浪最大值为2.4 m,且台风布拉万的影响强度明显大于台风天秤。     

南汇东滩促淤工程南区设计波浪要素研究

针对南汇东滩促淤工程所处的位置,选用基于波能平衡方程和波作用守恒方程的近岸风浪谱模型建立波浪传播计算数值模型,对非线性效应影响条件下的波浪要素进行计算研究。研究结果表明,波浪在远距离的传播过程中,受到沿程的风的影响,组成波之间能量交换转移和耗散等非线性效应的影响不可忽略,在南汇东滩海域采用近岸风浪谱数值模型对波浪的传播变形计算较为合适。     

江苏如东附近海域风浪场的数值模拟

介绍国际上较为先进的第3代近岸波浪数学模型SWAN模型。先选用水下圆形浅滩试验对模型进行验证计算，再对江苏如东附近海域在定常风和“9711”号台风作用下的波浪场进行了模拟，通过与现场测量结果的比较，表明SWAN模型可以较合理地反映江苏如东附近海域在定常风和“9711”号台风作用下风浪的成长和传播过程。     

三维波对船舶运动响应影响研究

通常情况,实际海况的波浪更接近三维波,而在船舶运动预报时,目前主要考虑二维波(长峰波)中的响应,不能真正反映船舶在实际海浪中的运动.文中利用不同方法(频域方法、时域方法以及模型)研究了三维波的方向扩散性对船舶运动响应的影响.三种方法得到的三维波对船舶运动的影响是一致的.结果显示,在研究实际海况中的船舶运动时,考虑三维波的方向扩散性是非常重要的.     

台风"莎莉嘉"过境期间某泻湖内波浪特征分析

通过在某岛礁泻湖内布置ADCP波流测量仪器,采集到2016年21号台风"莎莉嘉"期间的波浪数据.结合布置在泻湖口处风速仪的风实测数据,本文对该时间段内的波浪特征进行分析.由波浪统计数据分析发现有义波高随时间的变化趋势与风速的变化趋势高度重合;谱峰周期的变化则要晚于风速的变化;谱峰方向在台风起主导作用期间与风向高度一致.通过分析多个无因次参数以及对风浪和涌浪进行分离发现测点与台风中心距离开始变大的这个时间点有着重要的意义.在该时间点,波长开始变长,波浪由无限水深波浪转变为有限水深波浪.一些波浪特征值,比如谱峰周期、a/L,也发生比较大的变化.此后在七级风半径不再覆盖测点时,该处波浪由风浪转变为涌浪.对波浪谱进行分析发现,在台风主导期间,其谱为单峰谱,其余时间则为双峰谱.     

基于台风浪后报模型的外海重现期波浪要素分析

选用Jelesnianski(1965)热带气旋经验风场模式模拟台风场,采用基于动谱平衡方程的SWAN模型模拟台风浪,对1951—2010年我国东南沿海可能产生较大影响的台风浪进行了推算。在良好的风、浪验证基础上,基于台风浪数值后报结果,将波高数据进行回归分析,通过对广东沿海外海波要素计算结果与实测资料对比,结果表明两者吻合良好,可为海区内工程提供较好的参考。     

Experimental study on the nonlinear pressure acting on a high-speed vessel in irregular waves

The present study focuses on the nonlinear behavior of pressure on the hull surface of a high-speed vessel in irregular waves, particularly the pressure responses of alternately wet and dry areas near the waterline and on the bow zone. The vessel has high deadrise angles that may be subject to slight impact and water pile-up effects. A series of experiments in regular and irregular head waves were conducted, and the validity of applying Volterra modeling was investigated. In a previous article using experimental data in regular waves, it was confirmed that the approximate third-order Volterra model adequately simulated the variation of pressure responses in regular waves of different steepness up to a wave amplitude with a wavelength ratio of 0.01, even for the highly nonlinear pressures acting on the abovementioned areas of the hull surface. In this article, further validation for the second part of the study was obtained using experimental data in irregular waves. The frequency response functions obtained from the previous study’s experimental data in regular waves were applied to the third-order Volterra model by combining the input of irregular waves to simulate the responses in irregular waves of sea state five. Then, the spectra and statistics were analyzed. For the motions, accelerations, and pressure responses in irregular waves (as well as for the simulated time histories) variance spectra and statistics such as cumulative distributions of peak values and probability density functions were compared with the experimental results. It was confirmed that even for highly nonlinear and non-Gaussian pressures on the abovementioned areas of the hull surface, the approximate third-order Volterra model simulates the pressure responses in irregular head waves up to a sea state of five with adequate accuracy on deterministic and statistical bases.     

Discussion on the parameters of design waves

In order to respond the discredit on the design wave standard and to recommend new consideration on design wave parameters, based on the long-term distribution of statistic characteristics of waves and the short-term probability properties of sea state defined by giving the return period, the calculation of the return period, the height, the period, and the oceanic wave parameters of the design wave and the forecasting methods are discussed in this paper. To provide references for the operation reliability of floating structures in the extreme sea state, the method of determining the design wave parameters is resurveyed. A proposal is recommended that the design wave, which can be either significant wave with 500-year of the return period, or the maximum wave with 1/N of exceeding probability, 100-year of the return period, can be applied in the engineering design practice.     

变密度深水中的内波向水面的垂直传播

本文探讨了内波向上传播的衰减形式和处于海洋深处潜艇兴起的内波有无可能被微波探测到的问题.旨在将自航体内波的研究与星载(机载)合成孔径雷达(SAR)的微波探测联系起来,供潜艇非声探测和SAR制造单位参考.     

大连长兴岛北港区波浪条件数值模拟研究

利用国际通用的MM5风场模式和SWAN浪场模式,通过推算影响工程海域的台风和寒潮大风天气过程,得到工程海域-30 m等深线处不同重现期设计波要素,然后采用MIKE 21 NSW和BW波浪数学模型,对工程规划方案设计波要素和港内波况进行了计算。结果表明:工程受N向和NNE向风浪影响相对较大,外海波浪传播至防波堤处无明显衰减;设计高水位重现期50 a时防波堤处最大H1%约7.3 m;防波堤对港内围堰掩护较好,建成后港内波浪条件明显改善。     

Experimental study on the nonlinear pressure acting on a high-speed vessel in regular waves

It is well known that the hydrodynamic responses of a high-speed vessel traveling in regular head waves of even moderate wave height can show significant nonlinear behavior, and so linear statistical techniques become insufficient for predicting the statistics of responses in irregular waves. On the other hand, it has been shown that an approximate third-order Volterra model is applicable to handling the statistics of some nonlinear seakeeping problems, such as motions and vertical hull girder loads. In the present study, the focus is on the nonlinear behavior of the pressure responses of the hull surface, especially on the pressures acting on alternately wet and dry areas near the waterline and on the bow zone with high deadrise angles that may be subject to slight impact and water pile-up effects. To clarify the validity of applying Volterra modeling to this problem, a series of experiments in regular and irregular head waves were carried out, and approximate third-order and fifth-order Volterra models with the proposed algorithm for finding frequency response functions (FRFs) were applied as a means of validation. In the present article, the first part of the validation was performed using experimental data in regular waves. It was confirmed that the third-order Volterra model has adequate accuracy to simulate deterministically the variation of pressure responses in regular waves of different wave steepness up to a wave amplitude to wavelength ratio of 0.01 even for the highly nonlinear pressures acting on the above-mentioned areas of the hull surface.     

沉管管节浮运过程中波浪附加阻力的水动力学分析

波浪引起的附加阻力是管节海上浮运过程中总阻力的重要组成。采用基于势流理论的水动力学软件AQWA计算了管节浮运过程中的波浪附加阻力。通过建立管节及附属结构的三维有限元模型,确定管节的几何、物理性质,建立湿表 面模型进行水动力学分析。对影响附加阻力的各因素,包括水深、航速、波浪谱及波浪要素等,进行了参数敏感性分析。计算结果表明,采用P-M谱的计算值较采用JONSWAP谱有所不同,附加阻力随水深增加而减小,阻力值与波浪周期及波浪入射角均有一定的关系,与波浪高度的平方成正比,且与拖航速度成正比。