海洋要素计算与预报(海浪8)讲解

d
zd
缓坡方程的建立
计算
Z Z d
d
2

Z2
2 Z d
d

2Z d 2
d 2

Z d
2d
0 d
Z
22

2Z
Z d


d

Z
2Z d 2
d
2

Z
Z d
2d

k
2Z
2 dz

d Z 2 (d )2 Z Z
zd
d zd
Leibnitz定理
0 Z 2dz 0 k 2Z 2dz
d
d
d
1
kd
(d )2 Z Z
d
zd

0 d
Z
2Z d 2
d
2dz

0 Z Z 2ddz
(ccg) 2

cg c
iW
0

(ccg)
2
cg c


0
能量耗散率
目前尚无普遍接受的破波耗散和底摩擦的函数形式。
第四章 长期海浪观测资料的统计分析
§１ 海浪观测的基本要求
海浪观测资料的类型: 船舶报 沿岸海洋台站 浮标站 卫星遥感 用于各种特定目的临时观测
s y

1 G
G y

--- 求波高
s
2

k2

1 a

2a x 2

2a y 2


1 G

a x
G x

a y
G y

----------- 求波数
G ccg
y
折射方程 x 方向用中差， y 方向用前差。
i 1 i i 1
缓坡方程的抛物近似
cot 1 s cot s ----------- 求波向
y
x s x s y
a y

cot
a x

a 2


x
cot
y
cot
s
s x
cot
G
G x
1 s
§3 海浪要素的极值分布
重现期的定义：
设波高年最大值 的概率密度分布函数为 f (x) 。
xp
F (xp ) p xp f (x)dx --------------- 不及累积概率


p 1 p f (x)dx
---------------- 超值累积概率
d 0
z zd
zd
缓坡方程的建立
对于波面为：
aei ( kr t )
若水深均匀，则势函数为：
i ag chk(z d ) ei(krt) chkd
取波动势函数的试解为：
( x, y)Z (d , z)eit
其中
Z(d, z) chk(z d ) chkd
能量方程 x 方向用中差， y 方向用前差。
j 1
绕射方程 x 方向用中差， y 方向用后差。
j
j 1
x
缓坡方程的改进
注意到能量方程源自于虚部。
(a2ccgs) 0
波浪在近岸会由于浅水破碎和底摩擦而损耗能量。可以将缓坡方程加以改进，从而 反映能量耗散的作用。
改进的缓坡方程的一般形式为：
Biblioteka Baidu
刈幅
方位方向 距离方向
§2 定点站海浪观测资料的统计分析
风速修正： 对于海浪一般取10分钟内的平均风速。
V10 0.056lnt 0.64 Vt
海浪玫瑰图： 波向是指来向。通常分成16个方位。 波高的统计分析。海浪依波高大小分为10个波级。 频率统计。
海浪波高、周期散射图 波高持续时间图
§3 近岸波的计算——折绕射
缓坡方程的建立（Berkhoff, 1972）
缓坡方程的适用条件：
d
1
kd
z y
x
d (x, y)
线性理论框架内的控制方程及边界条件为：
2

2 z 2


0,
d (x, y) z 0
g 0 t z0

z z0 t
xp
记 T 1 1 ---------- 重现期 p 1 p
x p ------- T 年一遇波高
p ------------ 设计频率
p 0.01, p 0.99, T 100
通常总是先验地假定波要素的长期分布服从一定的规律，然后利用已有资料样本 推算待定参数。
2 gkth(kd)
缓坡方程的建立
引入函数
(x, y)Z(d, z)
控制方程及边界条件为：
2

2
z 2
0,
2 0
z z0 g z0
d(x, y) z 0
d 0
z zd
zd
0 k 2Z Z2 dz Zd
d d
0
缓坡方程的建立
考虑到：
0 Z
d
2dz

ccg
(ccg) k 2ccg 0 ---------- 缓坡方程
水深为常值
kd 1
2 k 2 0 ------- Helmholtz方程
(d) 2 0
g
0
缓坡方程的抛物近似
令
( x, y) a( x, y)eis( x,y)
(ccg) k 2ccg 0
s

k2

1 ccg a
(ccga)
------------ 绕射方程
(a2ccgs) 0 ------------- 能量方程
s 0 ------------- 折射方程
资料的代表性:
测量位置、测量方法和观测期间资料的测得率。
资料的可靠性：
精度、深度订正、分析方法 、其他资料的同步观测 。
中国沿岸海洋站分布
中国海浪浮标分布
美国NDBC浮标分布
微波在海面反射的示意图
高度计观测海浪的原理
SAR测量海浪的原理
飞行方向
入射角 高度
近距 A
斜距
星下轨迹 地距
远距 B
s
2

k2

1 a

2a x 2

2a y 2


1 G

a x
G x

a y
G y

a2G s cos a2G s sin 0
x
y
s sin s cos 0
x
y
G ccg