波面位移非线性特征数值研究

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1、NumericalstudyOnthenonlinearDeilavloursolwavesurfaceelevationByHanXiaopengADissertationSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofPhysicalOceanographyInstituteofOceanology,ChineseAcademyofSciences4，2013原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是在导师指

2、导下进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任人由本人承担。论文作者签名：韩吼鹏日期：Ⅻp、孓-油学位论文版权使用授权书本人完全了解中国科学院海洋研究所有关保留、使用学位论文的规定，同意海洋研究所保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借阅。本人授权中国科学院海洋研究所可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编本学位论文。(保密论文在

3、解密后适用本授权书)学位论文作者签字：诈眩埔逗日期：)。f弓．岁．)6导师替辛如日期．汐∽厂-以致谢时光荏苒，三年的研究生学习生涯即将结束。在论文即将梓刻之际，回想三年时光中，给我提供帮助的人颇多。首先感谢我的导师宋金宝研究员。宋老师严谨认真的科学态度，孜孜不倦的学术精神，宽厚谦和的人格魅力深深地影响着我，为我今后的学习和工作奠定了基础，尤其是宋老师对于科研工作贵在持之以恒，坚持不懈的言传身教。同时，在生活中宋老师和包老师对我们更是关心备至，就像对待自己的孩子那样对待我们。在此对他们表示由衷的感谢。同时，还要感谢课题组的林振华师兄、李爽师姐、孙群师姐、范聪慧师兄、樊伟师兄、黄艳

4、松师姐、徐俊丽师姐、王娟娟师姐、曹公平师兄和周明师弟，感谢他们给我学习上和生活上的帮助、鼓励和指导，使我的三年的研究生生活充实而快乐。另外，还要感谢我身边的同学和朋友，感谢我们彼此的友谊和快乐时光，我将会好好珍惜。最后，我要感谢我的家人的鼓励和支持。正是他们的默默付出使我能够专心完成学业，完成我的人生梦想。祝愿他们身体健康，生活幸福。摘要海浪的准确模拟和预报对海洋工程、海一气相互作用、上层海洋动力学等具有重要意义。海浪的波面位移是海浪最基本的特征量，与实验室造波机和通过实际观测等手段获取波面位移资料相比，数值模拟具有可以模拟复杂过程、模拟费用低且速度快等优点。本文在有限水深且存

5、在均匀背景流的条件下，基于Song(2006)年给出波面位移的二阶表达式，采用全波数谱Combi谱，对海浪波面位移进行数值模拟，通过计算特征参量c、E、巨、如、以(c表示水平波面位移的降低程度，E和E。分别表示线性波面位移的能量和总的波面位移的能量，偏度五是一个表示波面位移垂向不对称性的统计量，九表示波面位移分布相对于标准分布的峰度)和波面位移概率密度分布图像分析了二阶非线性项对波面位移统计分布的影响和波面位移统计分布随风速、水深、反波龄和均匀背景流的流速和流向变化特征和规律。结果表明(1)二阶非线性项使得波面位移分布偏离于线性波面位移所满足的正态分布，与正态分布相比，波面位移

6、分布范围变大，最大概率密度值降低且对应的波面位移值降低，产生大的波面位移的概率增加，且波峰对应波面位移大于波谷处的波面位移，使得波面概率分布具有明显的非对称特征。(2)波面位移的状态受风速、水深、反波龄和均匀背景流共同作用。即使在深水中，二阶非线性项引起的能量和偏度变化依然存在，它使得波面位移关于平均水平面垂向分布不对称，波的能量增加，导致非线性效应不能忽略。风速增大、水深降低、反波龄减小或者均匀背景流和风速方向夹角小于鲁时均使得二阶能量所占总能量的比率增大，二阶非线Z性项的作用加强，无因次波面位移概率密度分布的偏度和峰度随之增大。反之，二阶能量所占总能量的比率减小，二阶非线性

7、项的作用减弱，无因次波面位移概率密度分布的偏度和峰度随之减小，当夹角成90度时则均匀背景流对波面位移概率密度分布无影响。(3)当均匀背景流和风速相同时，虽然非线性项的作用加强，但平均波面位移反而比平均水平面降低，当均匀背景流和风速相反时，虽然非线性作用增强，但平均波面位移反而趋于平均水平面。摘要同时利用2009年在大连獐子岛进行的观测资料对模型在大风速下、深水并且有很强的的逆向背景流条件下检验，结果表明，相较于3阶Gram．Charlier级数分布，在考虑了背景流条件下，该模型能够更好地模拟