风浪频谱的成长方式研究

目前，风浪频谱因其在理论研究和实际应用中的重要作用，得到了相当广泛的研究。但由于客观现象的复杂性，迄今尚没有自理论上获得风浪频谱的方法。所以现在普遍采取的一种方法是：先假定海浪可由某种现有的谱形来描述，然后用相关方法研究其中的参量，以满足理论研究和工程应用方面的需求。在以往研究中，主要依靠现场观测、数值模拟等手段得出的谱参量与风场要素的经验或半理论半经验关系，此类方法对观测数据的依赖较大，且缺乏普适性。为解决上述问题，本文基于侯一筠、文圣常等提出的三参量风浪频谱，在谱参量的统计研究中，建立受动力学原理支配的控制模型，给出受动力学方程控制的谱参量（谱宽度 、谱的零阶矩 、谱的峰频率 ）随风场要素（风区）的成长关系。将本文的结果与先前得到经验关系进行比较，并用实测数据进行检验，结果表明： 如（图3、图9和图10）所示，谱参量在风浪成长的初期，随风区迅速变化；随着风浪的不断成长，其随风区的变化趋势也逐渐放缓；直到风浪达到充分成长，谱参量亦不再变化。这一描述，符合风浪发展的客观规律。此外，通过所选的10组实测数据的验证，亦可证明本文提出的结果与实际海浪的符合程度比其它现有关系更好。可见，本文将动力学原理引入风浪频谱的研究，建立的谱参量随风区的变化关系与先前的经验公式相比更加合理，且普适性更强。 本文给出了波陡、波龄与谱宽度的简化形式，该形式与先前的结果相比，更加直观的描述了波陡、波龄与谱宽度的关系，并且可以更加简便的应用于相关理论推导。文中从波浪成长的物理本质出发，得出新的受风场要素控制的谱的零阶矩和谱的峰频率之间的关系，阐明了先前的各种经验关系是新关系在取不同风区值时的特例。因此，视零阶矩与峰频率的关系随无因次风区变化更为合理，这是对传统结果的一个有力改进。 此外，本文基于已得到的谱参量随风区的变化关系，对四种形式的三参量风浪频谱作了深入的研究，得到其随风区的成长关系。在此基础上，直观地描述了风浪频谱成长过程中的超射现象在初期的发生以及在后期的消失。经过实测数据的验证，证明了三参量谱谱形的合理性，同时也进一步证明了谱参量随风区变化关系的正确性。