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风浪破碎统计特征及流对短波破碎影响研究

郑桂珍  
【摘要】: 本文内容包括两个部分,第一部分是风浪破碎率和白浪覆盖率等破碎统计特征量的统计学研究,第二部分是非均匀流场对短波破碎影响的动力学研究。 第一部分: 因所采用的动力学或波陡判据的不确定性和海浪谱四阶矩的难以确定,现已提出的关于风浪破碎率和白浪覆盖率的统计模式有一定的不确定性。另一方面,近年来对于波浪破碎判据的研究表明,破碎的运动学判据是最可靠和最确定的判据,因此,本文采用运动学判据建立风浪破碎率和白浪覆盖率的统计模式。 在线性海浪假设下,基于孙孚(1988)关于三维海浪要素统计分布的理论框架,具体给出二维海浪波峰处质点水平速度和表观相速的联合分布等分布函数,在此基础上,根据运动学判据,分别建立起风浪破碎率和白浪覆盖率的理论模式。 为获得便于应用的模式,本文采用Glazman(1986)滑动平均方法估计海浪谱矩。在应用过程中,发现Glazman提出的偶阶谱矩和奇阶谱据计算公式之间存在内在的不一致。本文依据Glazman的滑动平均方法,利用随机海浪理论,重新推导出奇阶谱矩的计算公式,修正了Glazman的错误。 利用上述谱矩计算方法,计算本文提出的风浪破碎率和白浪覆盖率模式中的谱矩参量,并通过与所收集到的观测数据的比较确定平滑尺度,最后获得了风浪破碎率和白浪覆盖率与风要素关系的半理论半经验模式。该模式与所采用的观测数据符合较好。 本文还讨论了表面漂流对风浪破碎率和白浪覆盖率模式的影响以及三维海浪破碎的某些统计特征。 第二部分: 本文提出非均匀流场影响短波谱的第三个可能机制:非均匀流场通过对表 面漂流的调制,改变风浪破碎的闭值条件,进而改变破碎损耗,从而调制海面 小尺度粗糙度。 本文将PhiiliPsB~r(1 974)的理论应用于受地形扰动的强潮流场,探 讨该潮流场对表面漂流的调制和对风浪破碎临界条件的改变,并进而讨论潮流 场对破碎损耗源项的影响,初步给出一个考虑了上述影响的、适用于短重力波 的破碎损耗源项形式。利用现有经验公式估计表面漂流速度,对于表面漂流、 破碎临界条件以及短波平衡谱受到的调制进行了估算。计算表明,在浅水强流 区,当潮流与波反向时,对于波长在几十厘米到1米左右的短波,上述机制是 重要的,可以造成短波谱显著的空间不均匀,因而在海面微波遥感技术中应加 以考虑。


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