風浪破碎和波群統(tǒng)計特征的研究.pdf

1、海浪的破碎和群性是重要的海洋現(xiàn)象。風浪破碎率和白浪覆蓋率是波浪破碎的基本統(tǒng)計特征量，是計算波浪破碎其它統(tǒng)計特征量(如平均破碎強度和平均破碎經(jīng)歷時間等)和計算水霧、氣泡分布與濃度的基本參量，從而在上層海洋動力學、海一氣交換、海洋遙感、海洋工程和海洋噪聲等方面的研究中有直接意義，因此，有必要對二者的統(tǒng)計模式進行深入的研究。而波群對于波浪與建筑物的作用、海洋災(zāi)害及海洋結(jié)構(gòu)物的設(shè)計等都有明顯的影響，研究波群特征量的統(tǒng)計分布同樣具有重要的科學意義

2、和廣泛的應(yīng)用價值。 本文基于Xu et a1.(2000)的結(jié)果推出新的白浪覆蓋率與風浪破碎概率理論計算模式，將風浪破碎統(tǒng)計特征量與海上觀測更易獲得的參量(如波周期、海面風速、摩擦風速)聯(lián)系起來，避免了風區(qū)長度的計算，具有形式簡單、實用性強的特點：風浪的破碎特征與海浪成長狀態(tài)關(guān)系密切，且海浪的理論研究中常會涉及到海浪的狀態(tài)參量波齡c/U，因此本文將W與B發(fā)展成一種形式簡單的波齡的函數(shù)，得到不同海浪狀態(tài)下的風浪破碎統(tǒng)計特征。

3、 現(xiàn)存的波群統(tǒng)計特征的分布大多假定海浪是窄譜的且波面位移服從正態(tài)分布。考慮到實際海浪的隨機性和復雜性，本文將信息熵的概念引入到推導波群特征量統(tǒng)計分布的研究中，基于最大熵原理在無任何假定的基礎(chǔ)上推出波群統(tǒng)計特征量的最大熵分布，使其不僅能夠很好的擬合已有觀測數(shù)據(jù)，而且對未知數(shù)據(jù)的分布保持最大的不確定性(最大熵)，即此分布可使作為隨機變量的波群統(tǒng)計特征量的信息熵最大。為檢驗該分布與實際符合的情況，分別采用實驗室數(shù)據(jù)與觀測資料驗證了該分布的合

4、理性，并與至今仍被廣泛應(yīng)用的L0nguet-Higgins(1984)的分布相比較驗證其可靠性與實用性。 為驗證推導出的風浪破碎與波群理論模型的有效性，采用自行設(shè)計并搭建的聲學測量系統(tǒng)在不同海域通過水聲監(jiān)測和海面觀測相結(jié)合的方式進行了兩次海上實驗。從水聲信號中判斷破碎信息是獲取風浪破碎率的前提，實驗中借助于海面觀測資料獲得基于聲譜級水平(SSL)的聲學判據(jù)，并進一步驗證了依賴于波齡的風浪破碎率的理論計算模式的合理性；分析實測資料

5、時采用Xu et al.(2004)提出的快速帶通濾波方法作相應(yīng)處理后得到波群特征量的統(tǒng)計信息，通過最大熵分布與實測資料及Longuet-higgins(1984)推出的分布相比較可知最大熵分布能更好地描述波群統(tǒng)計特征量G、H、I并且其相應(yīng)得最大熵分布fn=0.6(G)、fn=1(H)、fn=0.5(l)擬合效果最好。初步分析同步測得的破碎與波群的實測資料得出風浪破碎與波群統(tǒng)計特征的關(guān)系：風浪破碎主要發(fā)生在連續(xù)且大的浪即群性大的風浪的波