海浪觀測教材課件

第四章海浪觀測與海浪譜

2013/03/27第四章海浪觀測與海浪譜

2013/03/27巨浪可引起海上船舶傾覆、折斷和觸礁，摧毀海上平臺(tái)，對(duì)海上運(yùn)輸和施工、漁業(yè)捕撈、海上軍事活動(dòng)等帶來很大的災(zāi)害。

巨浪可摧毀沿海的堤岸、海塘、碼頭、海水養(yǎng)殖設(shè)施等各類海工建筑物。海浪對(duì)沿岸工程設(shè)施的破壞往往是毀滅性的，巨浪來襲可能會(huì)破壞整個(gè)港口的設(shè)施。據(jù)測量，近岸浪對(duì)海岸的壓力，可達(dá)到每平方米30～50噸。據(jù)記載，在一次大風(fēng)暴中，巨浪曾把1370噸重的混凝土塊移動(dòng)了10米，20噸的重物也被它從4米深的海底拋到了岸上。巨浪沖擊海岸能激起60-70米高的水柱。

此外，海浪有時(shí)還會(huì)攜帶大量泥沙進(jìn)入海港、航道，造成淤塞等災(zāi)害。巨浪可引起海上船舶傾覆、折斷和觸礁，摧毀海上平臺(tái)，對(duì)海上第四章海浪觀測教材課件第四章海浪觀測教材課件第四章海浪觀測教材課件海浪促進(jìn)海水上下層混合，使混合后水層富有氧氣，滿足海中魚類和其他動(dòng)植物需要；波浪發(fā)電；葡萄牙的“海蛇”海浪發(fā)電站世界首座商用波浪能發(fā)電廠海浪促進(jìn)海水上下層混合，使混合后水層富有氧氣，滿足海中魚類和預(yù)備知識(shí)波動(dòng)產(chǎn)生的條件：平衡狀態(tài)、擾動(dòng)力、恢復(fù)力波浪的擾動(dòng)力、恢復(fù)力？1965年Kinsman根據(jù)波浪周期，結(jié)合主要擾動(dòng)力與回復(fù)力來劃分海洋波浪的類型，給出其能量的近似分布（如下圖）。預(yù)備知識(shí)波動(dòng)產(chǎn)生的條件：1965年Kinsman根據(jù)波海洋工程考慮的主要荷載：周期處于4~16s內(nèi)的重力波。海洋工程考慮的主要荷載：周期處于4~16s內(nèi)的重力波。形成原因：風(fēng)浪、涌浪、近岸浪、內(nèi)波、潮汐波、海嘯、風(fēng)暴潮。風(fēng)浪：由風(fēng)直接作用而引起的水面波動(dòng)稱為風(fēng)浪。涌浪：由其他海區(qū)傳來的波浪或由于當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)力急劇減小、風(fēng)向改變或風(fēng)平息后遺留的波浪均稱涌浪。近岸浪：風(fēng)浪或涌浪傳至淺水或近岸區(qū)后，因受地形影響發(fā)生一系列變化。內(nèi)波：不同密度的水層界面處而產(chǎn)生的波動(dòng)。潮汐波：由于天體引潮力作用所產(chǎn)生的波動(dòng)。海嘯：由于海底或海岸附近發(fā)生的地震或火山爆發(fā)所形成的波動(dòng)。風(fēng)暴潮：由于氣象原因，如臺(tái)風(fēng)，強(qiáng)風(fēng)暴等引起的海面異常升高現(xiàn)象。形成原因：風(fēng)浪、涌浪、近岸浪、內(nèi)波、潮汐波、海嘯、風(fēng)暴潮。第四章海浪觀測教材課件風(fēng)浪的產(chǎn)生：共振理論、剪流理論

所謂共振理論，是指因自然界的風(fēng)具有紊流特征，當(dāng)風(fēng)吹行于水面時(shí)，后者受到的正壓力不均勻，從而產(chǎn)生水面起伏，形成初始的水面波動(dòng)。當(dāng)壓力和波動(dòng)中同頻率的成分間發(fā)生共振時(shí)，該頻率的波動(dòng)成分隨時(shí)間增大，此即風(fēng)浪通過共振機(jī)制生成的概念。共振理論解釋了波浪的最初形成和成長過程。

風(fēng)浪的產(chǎn)生：共振理論、剪流理論剪流理論是將風(fēng)對(duì)水面的作用力分為兩部分：風(fēng)與水面間的切應(yīng)力以及風(fēng)作用在波浪迎風(fēng)面上的法向正壓力

N。切應(yīng)力與風(fēng)速u成正比，因?yàn)樗|(zhì)點(diǎn)主要在原地做振蕩運(yùn)動(dòng)，波速C是位相速度，故與C無關(guān)。N使波浪的迎風(fēng)面和背風(fēng)面形成壓力差，故其大小與（U－C）成正比。風(fēng)對(duì)水面的作用力

剪流理論是將風(fēng)對(duì)水面的作用力分為兩部分：風(fēng)與水面間的切應(yīng)力在U>C

的整個(gè)期間，由于和N的作用，風(fēng)將能量不斷傳給水體，使波浪不斷發(fā)展，波高和波長不斷增大；隨著波浪尺度的增大，C也相應(yīng)加大，致使水體內(nèi)的摩擦也不斷加大。當(dāng)C接近U

時(shí)，風(fēng)僅在的作用下繼續(xù)將能量傳給水體，已不通過N傳給海水能量；而當(dāng)C>U

時(shí)，空氣將阻礙波形前進(jìn)，反而要消耗波浪的能量，所以總的輸入能量是隨C的逐步增大而逐漸減小的。當(dāng)能量的輸入等于能量的消耗時(shí)，波浪不再發(fā)展而趨于穩(wěn)定，形成在某風(fēng)速條件下所能形成的最大波浪。這種理論解釋了初始波浪形成后的發(fā)展過程。在U>C的整個(gè)期間，由于和N的作用，風(fēng)將能量

風(fēng)停止后，海水無新能量輸入，一部分波能向四周傳播擴(kuò)散，另一部分波能不斷消耗于水體內(nèi)部的分子粘滯性和紊動(dòng)粘滯性。此外，空氣阻力、海底摩擦和滲透也消耗了部分的波浪能量，使波浪逐漸衰減，直至最后消亡?？傊?，波浪的生成、發(fā)展和衰減取決于水體能量的攝取和消耗之間的數(shù)量關(guān)系，當(dāng)能量輸入大于輸出時(shí)，風(fēng)浪將成長發(fā)展；反之，波浪將趨于衰減直至消亡。風(fēng)停止后，海水無新能量輸入，一部分波能向四周傳播擴(kuò)散，另一影響風(fēng)浪成長的因素：風(fēng)速、風(fēng)時(shí)、風(fēng)距、（風(fēng)場三要素）地形、水深、海流影響風(fēng)浪成長的因素：從深水的風(fēng)區(qū)到風(fēng)區(qū)外淺水岸邊工程所在地，波浪的傳播和變化過程可分為3個(gè)階段：①風(fēng)區(qū)中風(fēng)浪的產(chǎn)生和發(fā)展；②風(fēng)區(qū)外風(fēng)浪（深水波）轉(zhuǎn)變成涌浪繼續(xù)傳播，波浪將逐漸衰減；③涌浪進(jìn)入近岸淺水區(qū)發(fā)生波浪變形。從深水的風(fēng)區(qū)到風(fēng)區(qū)外淺水岸邊工程所在地，波浪的傳播和變化過程風(fēng)浪發(fā)展的三種狀態(tài)

風(fēng)浪的過渡狀態(tài)：

風(fēng)速很大而且風(fēng)場寬闊，風(fēng)浪的成長取決于風(fēng)時(shí)的長短風(fēng)浪的定常狀態(tài)：風(fēng)速很大但風(fēng)場范圍很小，一定時(shí)間后，海域范圍內(nèi)波浪要素趨于定常，不再隨時(shí)間變化。但海域各點(diǎn)的波浪要素并不相同，而取決于各點(diǎn)的位置或風(fēng)距，風(fēng)距越大，風(fēng)浪也越大，這種風(fēng)浪處于定常狀態(tài)。風(fēng)浪的充分成長狀態(tài)：風(fēng)時(shí)和風(fēng)距都足夠大，在一定的風(fēng)速條件下，風(fēng)浪不再增大而達(dá)到該風(fēng)速條件下的極限狀態(tài)，常稱為風(fēng)浪的充分成長狀態(tài)。風(fēng)浪發(fā)展的三種狀態(tài)判斷風(fēng)浪狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)：最小風(fēng)時(shí)、最小風(fēng)距最小風(fēng)時(shí):在一定風(fēng)速U下，在給定的風(fēng)區(qū)長度F處出現(xiàn)最大波浪，即達(dá)到定常狀態(tài)，所需的最短時(shí)間稱為最小風(fēng)時(shí)，記為tmin

。若實(shí)際風(fēng)時(shí)t<tmin

，則風(fēng)浪隨風(fēng)時(shí)變化處于過渡狀態(tài)，在風(fēng)浪推算時(shí)取實(shí)際風(fēng)時(shí)t作為計(jì)算風(fēng)時(shí)。若t＞tmin

，由于風(fēng)距的限制，風(fēng)浪不能繼續(xù)增大而處于定常狀態(tài)，風(fēng)浪推算時(shí)取tmin作為計(jì)算風(fēng)時(shí)。判斷風(fēng)浪狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)：最小風(fēng)時(shí)、最小風(fēng)距

最小風(fēng)距——在一定風(fēng)速U下，在給定的風(fēng)時(shí)t時(shí)產(chǎn)生最大波浪所需的最短風(fēng)距，記為Fmin

。1）當(dāng)實(shí)際風(fēng)距F<Fmin時(shí)，風(fēng)浪受制于風(fēng)距，處于定常狀態(tài)，風(fēng)浪推算時(shí)取F

作為計(jì)算風(fēng)距。2）當(dāng)F>Fmin

時(shí)，則風(fēng)浪受制于風(fēng)時(shí)而處于過渡狀態(tài)，風(fēng)浪推算時(shí)取Fmin作為計(jì)算風(fēng)距。最小風(fēng)距——在一定風(fēng)速U下，在給定的風(fēng)時(shí)t時(shí)產(chǎn)生最如風(fēng)區(qū)足夠大，在給定時(shí)刻，風(fēng)區(qū)內(nèi)可能有兩種風(fēng)浪狀態(tài)同時(shí)存在。在F>Fmin

的位置，風(fēng)浪處于過渡狀態(tài)，在F<Fmin

的位置，風(fēng)浪處于定常狀態(tài)。隨著時(shí)間的推移，定常狀態(tài)的范圍將逐漸擴(kuò)大。對(duì)于指定的位置，風(fēng)浪總是先處于過渡狀態(tài)，而后過渡到定常狀態(tài)。

如風(fēng)區(qū)足夠大，在給定時(shí)刻，風(fēng)區(qū)內(nèi)可能有兩種風(fēng)浪狀態(tài)同時(shí)存在。海浪要素的統(tǒng)計(jì)規(guī)律海浪要素的統(tǒng)計(jì)規(guī)律海浪要素的統(tǒng)計(jì)規(guī)律海浪可看作是平穩(wěn)隨機(jī)過程,具有各態(tài)歷經(jīng)性.各態(tài)歷經(jīng)性保證可以用一個(gè)樣本來代替總體,平穩(wěn)性保證記錄上的時(shí)間起點(diǎn)不影響計(jì)算的結(jié)果?？蓮囊粋€(gè)樣本中任取出足夠長的一段來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析研究，亦即可以采用某一樣本的時(shí)間特征值。海浪要素的統(tǒng)計(jì)規(guī)律§4.1海浪的觀測

一、海浪要素上跨零點(diǎn)下跨零點(diǎn)§4.1海浪的觀測

一、海浪要素上跨零點(diǎn)下跨

大波波高波高換算關(guān)系,表4.1.1,p61大波波高波高換算關(guān)系,表4.1.1,p61周期的換算關(guān)系深水波長的計(jì)算公式周期的換算關(guān)系深水波長的計(jì)算公式一、波浪觀測的主要內(nèi)容：

風(fēng)浪和涌浪的波面時(shí)空分布及其外貌特征二、波浪觀測的項(xiàng)目

海況、波形、波向、波高和周期，風(fēng)速、風(fēng)向和水深

波浪三要素:

波高、周期和水深波高、波長和水深一、波浪觀測的主要內(nèi)容：海況觀測:風(fēng)力作用下海面外貌特征波形觀測:風(fēng)浪(F)、涌浪(U)和混合浪(F/U,U/F,FU)波向觀測:波浪來向,16方位海況等級(jí)表海況觀測:風(fēng)力作用下海面外貌特征海況等級(jí)表三、波浪觀測的要求閱讀岸邊觀測海上觀測目測儀測觀測時(shí)間:0205081114172023三、波浪觀測的要求四、觀測儀器和方法傳感器安裝位置水面上測波儀水面附近測波儀水面下測波儀航空測波立體攝影雷達(dá)測波測波桿光學(xué)測波重力測波水壓式測波聲學(xué)式測波淺水測波通常采用易于固定的測波儀，深水測波一般采用浮球式加速度型測波儀測量范圍:點(diǎn)式,多點(diǎn)式,面式四、觀測儀器和方法傳感器水面上水面附近水面下航空測波立體攝影圖4.1.2HAB-2型測波儀示意圖

1．望遠(yuǎn)鏡2．管狀水準(zhǔn)泡3．俯仰微動(dòng)手輪4．解脫手柄5．方向微動(dòng)手輪6.指標(biāo)盤7．水平度盤8．底座9．調(diào)平螺釘10．圓形水準(zhǔn)泡圖4.1.2HAB-2型測波儀示意圖1．望遠(yuǎn)鏡2遙測重力測波儀荷蘭“波浪騎士”測波浮標(biāo)、美國恩迪科956型遙控測波儀以及我國SBF1-1型近海遙測波浪儀壓力測波儀美國InterOcean公司的S4ADW型系列產(chǎn)品

遙測重力測波儀五、波浪玫瑰圖

表示某海區(qū)各向各級(jí)波浪出現(xiàn)頻率大小的圖.繪制方法同風(fēng)玫瑰圖類似五、波浪玫瑰圖第四章海浪觀測教材課件波高玫瑰圖波高玫瑰圖波高的經(jīng)驗(yàn)與理論分布1.特征波高海面上的波浪狀態(tài)通常用波浪要素作為特征量來描述。在波浪要素中波高是最重要的，但海面上的波浪，其波高大小是不等的，因此當(dāng)我們描述某場海浪的波高是多少時(shí)，應(yīng)指明該波高的統(tǒng)計(jì)意義，即為哪一種特征波高。波高的經(jīng)驗(yàn)與理論分布海面上的波浪狀態(tài)通常用波浪要素作為特征量（1）平均波高

將觀測到的所有波高值累加，除以波高的總個(gè)數(shù)，得到的值稱為平均波高，它反映了波列總體的大小。若樣本總個(gè)數(shù)為N，則平均波高為（1）平均波高(2）部分大波的平均波高將波列中的波高由大到小依次排列．其中最大的P部分波高的平均值就稱為P部分大波的平均波高，記為。其計(jì)算公式如下：

(2）部分大波的平均波高

工程設(shè)計(jì)中常用的有連續(xù)100個(gè)波中最大的10個(gè)波的平均值稱為1/10大波的平均波高．記為，又稱為顯著波高，波列中最大的1/3個(gè)大波的平均值．記為,又稱為有效波高。工程設(shè)計(jì)中常用的有連續(xù)100個(gè)波中最大的10個(gè)(3）均方根波高將波列中的所有波高的平方和，求平均值后再開方，得到的值稱為均方根波高．記為，計(jì)算公式如下：由于波浪的能量正比于波高的平方．故均方根波高反映了波能量的平均狀態(tài)。

(3）均方根波高（4）累積頻率波高

從波列中選取某一累積頻率對(duì)應(yīng)的波高作為特征波高。如等，這種特征波高反映大于等于某給定波高值的波浪在波列中出現(xiàn)的可能性。如表示在波列中大于等于該波高的波浪出現(xiàn)概率為1%。（4）累積頻率波高2．波高的經(jīng)驗(yàn)概率分布為了探求波高的分布規(guī)律，必須繪制頻率直方圖

,以下表1所示的波浪觀測序列為例簡述其繪制方法。2．波高的經(jīng)驗(yàn)概率分布H/mT/sH/mT/sH/mT/sH/mT/sH/mT/s2.09.21.35.30.84.50.611.42.19.23.06.63.27.32.56.61.46.62.79.82.56.65.36.84.17.31.66.53.28.63.16.93.36.93.87.91.15.31.95.61.68.61.58.31.76.91.68.30.24.11.97.11.28.61.05.32.16.01.47.92.25.41.96.62.05.81.123.02.15.63.37.11.55.61.85.83.06.93.36.63.06.63.16.62.09.42.66.92.27.94.97.51.86.41.88.31.78.82.16.41.68.11.44.51.39.61.54.51.67.51.58.11.85.81.36.83.97.11.38.30.94.31.86.21.55.43.08.12.47.51.15.41.54.31.04.12.416.13.77.33.17.54.36.62.05.83.36.23.86.43.26.84.87.11.47.52.06.42.46.22.36.64.16.90.33.61.16.22.67.31.24.53.96.61.310.52.55.81.34.31.54.92.96.42.08.42.15.32.26.82.76.20.74.12.08.13.57.13.38.1表

1某測站波浪觀測序列H/mT/sH/mT/sH/mT/sH/mT（l）模比系數(shù)

計(jì)算上表1所示波浪序列的平均波高為2.2m，定義波高的模比系數(shù)，即（2）波高分組按照適當(dāng)?shù)慕M距，本例中取組距為0.2，將波列分成若干組，計(jì)算出各間距上、下限對(duì)應(yīng)的波高，列入表2第l,2欄。（l）模比系數(shù)（3）區(qū)間頻率

統(tǒng)計(jì)各組波高的出現(xiàn)次數(shù)，見表中第3欄．除以總次數(shù)N，得各組波高出現(xiàn)的區(qū)間頻率結(jié)果見表中第4欄，由此可見，各組波高出現(xiàn)的頻率不同．在模比系數(shù)等于1.0，即平均波高附近出現(xiàn)的波高次數(shù)多，而在兩端出現(xiàn)頻率較小。（3）區(qū)間頻率

為求各組距內(nèi)任何一個(gè)波高可能出現(xiàn)的頻率，即平均頻率，假定組距內(nèi)任一波高出現(xiàn)的機(jī)會(huì)均等，且組距內(nèi)所有波高出現(xiàn)的總頻率應(yīng)等于區(qū)間頻率。于是平均頻率就是區(qū)間頻率除以組距，即，見表中第5欄。為求各組距內(nèi)任何一個(gè)波高可能出現(xiàn)的頻率，即平均頻率，第四章海浪觀測教材課件（4）頻率直方圖

以模比系數(shù)為縱坐標(biāo)，平均頻率為橫坐標(biāo)，繪制波高平均頻率直方圖（見圖.1）。圖上各個(gè)矩形的面積正是各組的區(qū)間頻率，其面積之和為1.0。當(dāng)組距趨于無限小時(shí)，直方圖趨于曲線，該曲線與縱軸包圍的面積就是1.0，此時(shí)橫坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為頻率密度，而曲線即頻率密度曲線。該曲線的特點(diǎn)是“中間大、兩頭小”，即平均值附近的波高出現(xiàn)機(jī)會(huì)最多。（4）頻率直方圖（5）累積頻率圖

工程設(shè)計(jì)通常要求知道波列中某一波高的累積頻率，或要求知道給定某一累積頻率的波高值?？砂幢?中第6欄求出累積頻率。

按表2中第1及第7欄則可繪出波高的經(jīng)驗(yàn)累積頻率圖，當(dāng)組距趨于無限小時(shí)，得累積頻率曲線，見圖2。（5）累積頻率圖圖1波高平均頻率直方圖

圖2波高累積頻率圖

圖1波高平均頻率直方圖圖2波高累積頻率圖3．波高的理論分布函數(shù)海上某固定點(diǎn)的波面方程可寫為波面服從正態(tài)分布，其概率密度函數(shù)為3．波高的理論分布函數(shù)Longuet-Higgins利用包絡(luò)線理論，推導(dǎo)出深水波高符合Rayleigh分布

令，可得最大概率密度所對(duì)應(yīng)的波高為Longuet-Higgins利用包絡(luò)線理論，推導(dǎo)出深水波高深水波高累計(jì)頻率

由此可得指定累積頻率F的波高為

第四章海浪觀測教材課件前蘇聯(lián)格魯霍夫斯基（Глуховский）提出了與水深有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)累積率公式，給出了適用于淺水區(qū)的波高分布由此可得指定累積頻率F的波高為

前蘇聯(lián)格魯霍夫斯基（Глуховский）提出了與水深有關(guān)的4.兩種特征波高的換算關(guān)系若波高服從一定的分布規(guī)律，已知波列中任一累積頻率的波高，就可換算成所要求的累積頻率波高。平均波高是累積頻率波高間的換算橋梁，它是一種最常用的特征波高。部分大波的平均波高與累積頻率波高一樣，是海洋工程設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用的特征波高。

4.兩種特征波高的換算關(guān)系

第四章海浪觀測教材課件第四章海浪觀測教材課件

第四章海浪觀測教材課件第四章海浪觀測教材課件5.周期的統(tǒng)計(jì)分布平均周期

實(shí)測結(jié)果顯示，波浪由深水進(jìn)入淺水后，平均周期幾乎不變。格魯霍夫斯基提出5.周期的統(tǒng)計(jì)分布6.波長的統(tǒng)計(jì)分布

實(shí)測波長資料較少

格魯霍夫斯基導(dǎo)出深水波長分布函數(shù)與深水波高分布相同

淺水波長分布

6.波長的統(tǒng)計(jì)分布6.波高和周期的聯(lián)合分布

波高與周期的聯(lián)合概率分布的意義：對(duì)建筑物的作用力、共振、研究波浪破碎、爬高、越浪等。20世紀(jì)50年代，蘇聯(lián)學(xué)者假定波高與周期是相互獨(dú)立的，其聯(lián)合概率密度函數(shù)由各自的概率密度函數(shù)相乘而得。6.波高和周期的聯(lián)合分布6.波高和周期的聯(lián)合分布

Longuet-Higgins于1975年首次提出了波高與周期的聯(lián)合分布模式，二者的聯(lián)合概率密度函數(shù)為

Goda（合田良實(shí)）（1978）利用日本海沿岸觀測資料，結(jié)論（1）對(duì)于超過某一界限的波高，其周期與波高無關(guān)，為一常值。（2）相關(guān)系數(shù)越大，聯(lián)合概率密度曲線對(duì)t的不對(duì)稱越明顯。

（3）Longuet-Higgius（1975）模式的分布僅波高較大時(shí)與實(shí)測結(jié)果吻合，波高較小時(shí)出入較大。

6.波高和周期的聯(lián)合分布Louguet-Higgins（1983）提出了改進(jìn)模式，克服1975模式的缺點(diǎn)，但由此聯(lián)合分布推出的波高分布，不是瑞利分布，與公認(rèn)的觀點(diǎn)矛盾。孫孚（1988）依據(jù)線性海浪模型和射線理論，也導(dǎo)出了一種分布函數(shù)。趙猛（1991）利用Hilbert變換導(dǎo)出了相同的結(jié)果。除了上面介紹的成果，其他學(xué)者也對(duì)波高與周期聯(lián)合分布進(jìn)行了探討，由于得出的聯(lián)合概率密度函數(shù)都有明顯的地區(qū)局限性，無法推廣使用，因此，推導(dǎo)出普遍適用的聯(lián)合分布模式，尚待進(jìn)一步的探索研究。

Louguet-Higgins（1983）提出了改進(jìn)模式，§4.2海浪譜理論基礎(chǔ)

研究海浪，可從兩方面入手：外觀特征：海浪的統(tǒng)計(jì)規(guī)律

內(nèi)部結(jié)構(gòu)：海浪譜自20世紀(jì)50年代初，人們把海浪看作為平穩(wěn)正態(tài)過程，且具有各態(tài)歷經(jīng)性，并利用海浪譜（wavespectrum）描述波面，研究波況特征及海浪能量的分布?！?.2海浪譜理論基礎(chǔ)

研究海浪，可從兩方面入手：第四章海浪觀測教材課件一、海浪譜的引入海面上某一固定點(diǎn)的波面方程為：由于組成波的初相位其概率密度函數(shù)是隨機(jī)變量，其變化范圍為，且均勻分布，故其概率密度函數(shù)為

一、海浪譜的引入不同組成波的能量

設(shè)函數(shù)為單位頻率間隔的平均波能量

波浪總能量不同組成波的能量

函數(shù)正比于間隔（）內(nèi)各組成波所提供的平均能量，亦即它代表了波浪能量相對(duì)于組成波頻率的分布。若取，則正比于單位頻率間隔內(nèi)的能量，即能量密度,被稱為波譜。由于它反映能量密度，又稱為能譜，同時(shí)它給出了能量相對(duì)于頻率的分布，也稱為頻譜。

第四章海浪觀測教材課件頻譜S(ω)的特點(diǎn)：（1）ω＝0附近，S(ω)很小；（2）隨ω增加，S(ω)先急劇增加再減??；（3）ω→∞，S(ω)→0；譜峰頻率譜曲線與橫坐標(biāo)包圍的面積正比于波浪總能量頻譜S(ω)的特點(diǎn)：譜峰頻率風(fēng)速增大,譜的顯著部分由高頻向低頻方向推移風(fēng)速增大,譜的顯著部分由高頻向低頻方向推移海浪譜的帶寬理論上，S(ω)分布于ω=0-∞整個(gè)頻率帶內(nèi)但顯著部分卻集中于一段狹窄的頻帶內(nèi)風(fēng)浪譜——寬帶譜涌浪譜——窄帶譜海浪譜的帶寬第四章海浪觀測教材課件方向譜頻譜僅與組成波的頻率有關(guān)，與組成波的傳播方向無關(guān)實(shí)際上某定點(diǎn)的海面波動(dòng)為來自不同方向組成波迭加的結(jié)果（主波向＋其它方向組成波）方向譜第四章海浪觀測教材課件第四章海浪觀測教材課件二、幾種海浪頻譜模式一般形式A,B:包含風(fēng)要素或波浪要素的參量

p,q:指數(shù),p的取值4~6,q取2~4二、幾種海浪頻譜模式A,B:包含風(fēng)要素或波浪要素的參量p1.Neumann譜

為海面上7.5m高度處的平均風(fēng)速系數(shù)C為3.05m2·s-5

1.Neumann譜為海面上7.5m高Pierson-Moscowitz譜

第15屆ITTC會(huì)議修改Pierson-Moscowitz譜第15屆ITTC會(huì)議修3.Bretschneider-光易譜ISSC譜

3.Bretschneider-光易譜ISSC譜4.JONSWAP譜式中，稱為譜峰升高因子，取值范圍為1.5~6，一般取3.3；用表示譜峰頻率；為峰形系數(shù)，按下式選取：4.JONSWAP譜式中，稱為譜峰升高因子，取5.文氏譜考慮風(fēng)浪成長階段和水深的影響,引入尖度因子P和淺水因子（1）對(duì)于深水水域，當(dāng)水域深度滿足的條件時(shí)，令5.文氏譜（1）對(duì)于深水水域，令當(dāng)時(shí)當(dāng)時(shí)尖度因子當(dāng)時(shí)當(dāng)

（2）對(duì)于淺水水域，當(dāng)時(shí)令

（2）對(duì)于淺水水域，當(dāng)時(shí)當(dāng)