二维随机波浪中畸形波的数值模拟

二维随机波浪中畸形波的数值模拟
畸形波是一种在没有预警的情况下突然发生，并迅速消失的灾害性事件。

由
r畸形波会给海洋建筑物和船只带來巨大威胁,畸形波受到人们越來越多的重视。

以往的研丸主要集中在畸形波的生成机制，而在工程中我们更加关心的是畸形波的发生概率和如何预报。

本文采用四阶非线性薛定渭方程模拟了二维JONSWAP谱情况下畸形波的生成。

为了探讨波浪参数对畸形波的影响，模拟实验分成了多组初始波浪参数不同的工况。

首先分析了深水不稳定波列的演化过程。

畸形波从形成到消失的演化过程即调制一反调制的过程：调制过程中，畸形波位置处能最发生汇聚，波高升高,其附近的波高减小：反调制过程中，畸形波位置处波幅减小，直至畸形波的特征消失,其他位置处波高增大。

然后本文探讨了峰度、有效波高、偏度值和波浪谱的演化过程以及JONSWAP谱参数对它们的影响。

结果表明：Benjamin-Feir指数(BFI)是判断波列不稳定调制是否发生的重要参数：峰度值的空间演化曲线和畸形波生成概率曲线趋势一致，峰度值可以预测畸形波生成概率的大小。

在随机波浪场中，谱宽较窄和有效波高较小吋，畸形波较容易发生。

有效波高和偏度值在波浪传播过程中基本无变化，偏度的大小与初始波陡有关。

波浪之间的非线性作用导致主频处的能最向高频和低频部分传递，因此在波浪传播过程中谱峰高度下降，频谱变宽。

在讨论了前面一系列问题的基础上，我们分析了Benjamin-Feir不稳定性与深水畸形波的内在联系和畸形波的发生机制。

畸形波的生成与波浪二阶非线性和束缚波关系很小，畸形波的生成主要是四波共振造成的，也就是Benjamin-Feir 不稳定性。

最后对模拟实验波高进行了统计分析。

结果表明：对于BFI<1.0的情况, 模拟波高分布与瑞利分布基本一致：而对于BFI&gtil.O的情况，由于发生了不稳定调制，瑞利分布只在演化初期与模拟波高分布相吻合，在其他位置处瑞利分布会低估大波发生的概率,畸形波发生概率比瑞利分布预测的大一个数童级以上。

初始有效波高较小，谱峰升高因子较大时,波高分布与瑞利分布的差异较大。

Forri stall分彳j和瑞利分布均不能很好的预测波峰分布。

在非线性成长后,MER分布与模拟波高分布吻合较好,能够准确预报畸形波的发生概率。