風(fēng)浪破碎和波群統(tǒng)計(jì)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(fēng)浪破碎率和白浪覆蓋率是波浪破碎的基本統(tǒng)計(jì)特征量，是計(jì)算波浪破碎其它統(tǒng)計(jì)特征量(如平均破碎強(qiáng)度和平均破碎經(jīng)歷時(shí)間等)和計(jì)算水霧、氣泡分布與濃度的基本參量，從而在上層海洋動(dòng)力學(xué)、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(duì)二者的統(tǒng)計(jì)模式進(jìn)行深入的研究。而波群對(duì)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(jì)等都有明顯的影響，研究波群特征量的統(tǒng)計(jì)分布同樣具有重要的科學(xué)意義

2、和廣泛的應(yīng)用價(jià)值。 本文基于Xu et a1.(2000)的結(jié)果推出新的白浪覆蓋率與風(fēng)浪破碎概率理論計(jì)算模式，將風(fēng)浪破碎統(tǒng)計(jì)特征量與海上觀測(cè)更易獲得的參量(如波周期、海面風(fēng)速、摩擦風(fēng)速)聯(lián)系起來，避免了風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度的計(jì)算，具有形式簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)：風(fēng)浪的破碎特征與海浪成長(zhǎng)狀態(tài)關(guān)系密切，且海浪的理論研究中常會(huì)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(jiǎn)單的波齡的函數(shù)，得到不同海浪狀態(tài)下的風(fēng)浪破碎統(tǒng)計(jì)特征。

3、 現(xiàn)存的波群統(tǒng)計(jì)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(shí)際海浪的隨機(jī)性和復(fù)雜性，本文將信息熵的概念引入到推導(dǎo)波群特征量統(tǒng)計(jì)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(jì)特征量的最大熵分布，使其不僅能夠很好的擬合已有觀測(cè)數(shù)據(jù)，而且對(duì)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(jī)變量的波群統(tǒng)計(jì)特征量的信息熵最大。為檢驗(yàn)該分布與實(shí)際符合的情況，分別采用實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)與觀測(cè)資料驗(yàn)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(yàn)證其可靠性與實(shí)用性。 為驗(yàn)證推導(dǎo)出的風(fēng)浪破碎與波群理論模型的有效性，采用自行設(shè)計(jì)并搭建的聲學(xué)測(cè)量系統(tǒng)在不同海域通過水聲監(jiān)測(cè)和海面觀測(cè)相結(jié)合的方式進(jìn)行了兩次海上實(shí)驗(yàn)。從水聲信號(hào)中判斷破碎信息是獲取風(fēng)浪破碎率的前提，實(shí)驗(yàn)中借助于海面觀測(cè)資料獲得基于聲譜級(jí)水平(SSL)的聲學(xué)判據(jù)，并進(jìn)一步驗(yàn)證了依賴于波齡的風(fēng)浪破碎率的理論計(jì)算模式的合理性；分析實(shí)測(cè)資料

5、時(shí)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(jì)信息，通過最大熵分布與實(shí)測(cè)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(jì)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(cè)得的破碎與波群的實(shí)測(cè)資料得出風(fēng)浪破碎與波群統(tǒng)計(jì)特征的關(guān)系：風(fēng)浪破碎主要發(fā)生在連續(xù)且大的浪即群性大的風(fēng)浪的波