海浪周期关系的研究

图2 表明谱峰周期TP 与4 种谱平均周期亦呈现非常好的线性关系G但比较图1 和图2 发现9谱峰周期 TP 与谱平均周期的关系的方差均较有效 周 期Ts 与 相 应 的 谱 平 均 周 期 的 关 系 的 方 差 大 G 这 是 由 于 有 效 周 期 为 一 种 平 均 周 期 9而 谱 峰 周 期 只 是 一 个 组 成 波 所 对 应 的 周 期 9前
中图分类号!P73l .22
文 献 标 识 码 !A
海浪是海洋工程中的最重要动力环境荷载之一 海浪要素< 如波高~ 周期> 是工程设计普遍 关注的重要环境条件 特别是有效波高和有效周期是至关重要的设计波要素 传统上通过现 场观测资料的统计分析获取工程关注点的有效波高和有效周期 此种方法虽然可靠 但受制 于观测条件和工程造价的限制 随着人们对海浪动力机制认识的不断深化以及计算机运算能 力的不断提高 在海洋工程环境条件计算中越来越盛行利用海浪数值模式计算海浪要素 目 前国际上流行的海浪模式 S WAN 1 ] ~ WAVE WATC H 2 ] 可 以 直 接 输 出 有 效 波 高 但 不 能 直 接 给出有效周期 给出的特征周期为积分海浪谱得到的平均周期 关于谱峰周期与有效周期的 关系 前 人 已 有 一 些 研 究 结 果 3 -5 ] 但 对 于 谱 平 均 周 期 与 有 效 周 期 的 关 系 尚 无 可 供 工 程 实 际 应 用的关系式 本文利用现场观测数据~ 实验室风浪槽观测数据以及由典型海浪谱得到的模拟 数据研究海浪周期间的关系 为工程应用提供可用的谱平均周期与有效周期的关系 为海浪数 值模式计算结果的实际应用提供一定的依据
Fi g 1 Rel ati Onshi p bet Ween si gnifi cant Wave peri Od and spectr al aver aged peri Od
最 大 9数 据 点 呈 现 一 定 的 分 散 9这 与 海 浪 谱 高 阶 矩 的 计 算 不 稳 定 性 有 关 O 目 前 人 们 普 遍 认 为 海
浪谱的分布特征9T0 9-2 主要体现了含能段组成波对平均周期的贡献9因 此(5 )式 所 给 出 的 结 果 不简单是一种巧合9在物理上 存 在 着 一 定 的 必 然 性OTs 和T 0 9-2 可 以 分 别 理 解 为 在 时 间 域 和 频率域上主导波对平均周期的贡 献O 由 (5 )～ (8 )式 可 得 到 T0 9-2 >T0 9-1 >T0 91 >T0 92 O 这 表 明谱平均周期随着使用的谱矩阶次提高愈加增 大 高 频 组 成 波 对 平 均 周 期 的 贡 献9因 而 谱 平 均
浪谱的4 阶及以上的矩不存在9由数值计算得到谱的高阶矩存在不确定性O(5 )式给出了一个
有趣的结果9即有效周期 Ts 与谱平均周期T 0 9-2 几 乎 相 等O有 效 周 期 的 定 义 为 三 分 之 一 部 分 大 波 的 平 均 周 期 9代 表 的 是 主 导 波 对 平 均 周 期 的 贡 献 9在 海 浪 谱 段 上 则 对 应 于 含 能 段 O 由 于 海
% 基金项目: 国家科技支撑计划<2006 BAC03 B01 > 资助 第一作者简介: 李瑞丽<1981- > 女 硕士 主要研究方向为物理海洋海浪 收 稿 日 期 :2006- 06- 11
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海洋湖沼通报
2007 年
起分析[6 ~7 ]~以覆盖更大范围的风浪成长状态~使得分析结果更具代表性
l .3 模拟数据 由海浪谱数值地生成随机海浪数据是研 究 海 浪 统 计 特 征 的 一 种 有 效 手 段[3 ]~是 海 浪 数 字
实验室观测数据来自于在中国海洋大学物理海洋实验室大型风浪槽内所进行的风浪观测
实验 该风浪槽长65 m ~ 高1 .8 m ~ 宽1 .2 m 观测 仪 器为电阻式垂线测波仪 采样 时 间 间 隔 为0 .0308 s 波面记录长度为15 mi n 在4 种 不 同 参 考 风 速 下<4 ~6 ~8 ~10 m/ s > ~10 个 不 同 风 区处<7 .00 ~10 .70 ~14 .35 ~18 .00 ~21 .70 ~25 .40 ~29 .05 ~32 .75 ~36 .40 ~41 .00 m > 进 行 了 观 测 在海浪谱和海浪的统计性质研究中通常将实验室风浪槽的观测数据与现场观测数据相结合一
l 数据与方法
l .l 现场观测数据 海浪的现场观测数据来自于1997 年11 ～12 月 在 渤 海 黄 河 口 海 域 石 油 平 台 所 进 行 的 海
面微特征及海洋遥感机理研究 观测项目 观测地点为38 12 N 119 30 E 观测仪器为电 容式垂线测波仪 采样频率为20 Hz 波面记录长度为17 mi n l .2 实验室观测数据
周期 Ts 与谱平均周期的关系T 0 ~-2 T0 ~-1 T0 ~1 T0 ~2 的关系 通过拟合得到如下关系式~
Ts = 0 .997 T0 ~-2
<5 >
Ts = 1 .035 T0 ~-1
<6 >
Ts = 1 .164 T0 ~1
<7 >
Ts = 1 .291 T0 ~2
<ห้องสมุดไป่ตู้ >
图1 表 明 有 效 周 期 Ts 与 4 种 谱 平 均 周 期 呈 现 非 常 好 的 线 性 关 系 Ts 与T 0 ~-2 间 线 性 关
参考文献!
[1 ] BOOij ~N . ~Ri s ~R . C . and HOlt huij sen ~L . H . ~1999 . A t hi r d-gener ati On Wave mOdel f Or cOast al r egi Ons ~1 . MOdel descri pti On and vali dati On . J . GeO PhSs . res . ~104 <C4 >~7649 ～7666 .
文章编号!1003-6482 "2007 #02-0013-06
海浪周期关系的研究%
李瑞丽
< 中国海洋大学海洋环境学院 青岛 266100 >
摘要!本文利用现场观测数据!实验室风浪槽观测 数 据 和 由 文 氏 谱 及 J ONS WAP 谱 生 成 的 模
拟数据"研究了有效周期与谱平均周期!谱峰周 期 与 谱 平 均 周 期 以 及 有 效 周 期 与 谱 峰 周 期 的
< > T0 ~-2 = 2T
m -2 m0
1/2
<1 >
T0 ~-1
=
2T
m -1 m0
<2 >
< > T0 ~1 = 2T
m1 m0
-1
<3 >
< > T0 ~2 = 2T
m2 m0
-1/2
<4 >
>
其中 mr 为谱的r 阶矩~其定义为 mr =i S <I >IrdI ~这 里I 为 海 浪 组 成 波 圆 频 率~S <I >为 海 浪 0
系的方差为最小~几乎所有的 数 据 点 都 落 在 拟 合 的 直 线 上 Ts 与T 0 ~-2 间 线 性 关 系 的 方 差 则
2期
海浪周期关系的研究
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(a )Ts 与T 0 9-2 的 关 系 ;(b )Ts 和T 0 9-1 的 关 系 ;(c )Ts 与T 0 91 的 关 系 ;(d )Ts 与T 0 92 的 关 系 图1 有效周期与谱平均周期的关系
期的关系T 0 9-2 HT0 9-1 HT0 91 HT0 92 的关系O通过拟合得到如下关系式C
TP = 1 .124 T0 9-2
(9 )
TP = 1 .166 T0 9-1
(10 )
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海洋湖沼通报
2007 年
TP = 1 .310 T0 91
(11 )
TP = 1 .451 T0 92
(12 )
关系"通过数据拟合给出了相应的关系式#研究 发 现"有 效 周 期 与 由 谱 的 负 阶 矩 计 算 的 平 均
周期之间的关系更加稳定"并且有效周期与负 2 阶 矩 计 算 的 平 均 周 期 几 乎 相 等"均 代 表 了 海
浪主导波对海浪平均周期的贡献#
关 键 词 !海 浪 $周 期 $有 效 波 $谱 峰 $谱 平 均 周 期
(a )Ts 与T 0 9-2 的 关 系 ;(b )Ts 和T 0 9-1 的 关 系 ;(c )Ts 与T 0 91 的 关 系 ;(d )Ts 与T 0 92 的 关 系 图2 谱峰周期与谱平均周期的关系
Fi g .2 Rel ati Onshi p bet Ween Wave peri Od at spectr al peak and spectr al aver aged peri Od
仿真 研 究 的 主 要 内 容[8 ] 本 文 采 用 文 氏 谱[9 ]和 J ONS WAP 谱[6 ]作 为 输 入 海 浪 谱~利 用 LOnguet- Hi ggi ns 随机海浪模型[10 ]生成波面 序 列~作 为 现 场 观 测 数 据 和 实 验 室 观 测 数 据 的 补 充~代表大浪海况的数据 文氏 谱 的 输 入 参 量 为 有 效 波 高 <0 .3 ～9 .5 m >和 有 效 周 期 <2 .1 ～ 13 .0 s >~J ONS WAP 谱的输入参量为风速<5 ～28 m/s >和风区<15 ～200 k m >
周期愈加变小O此点亦可从海浪谱分布特征得到理解O尽管 T0 91 和 T0 92 为目前海 浪 数 值 模 式