一种深水海洋环境载荷谱构建方法技术

本发明专利技术公开了一种深水海洋环境载荷谱构建方法，包括以下步骤：步骤一、分析逆谱宽度，步骤二、构建风浪谱模型，步骤三、反演实验，步骤四、统计计算论证，通过该深水海洋环境载荷谱构建方法，不但在表现谱峰的位置和能量的水平上与测量符合较好，而且在表现风浪能量分布宽窄(表现为峰右侧高频波段谱的陡度)的特征上能够与海上观测数据较好的吻合，此外，载荷谱模型构建仅依赖于风速和波龄两个基本参数，并且在长波和短波之间可以平滑连接，使得这个谱模型可以更好的应用于深海环境。谱模型可以更好的应用于深海环境。

【技术实现步骤摘要】
一种深水海洋环境载荷谱构建方法


[0001]本专利技术涉及海洋研究
，具体为一种深水海洋环境载荷谱构建方法。

技术介绍

[0002]海面状况受到很多因素的影响,如天气状况、地理位置、风速等,其中风速对海面起伏影响最大,因为风会将能量传递给海浪。风很弱时,海面保持平静；当风达到
‑‑
定速度时,海面将开始出现毛细波。毛细波的波长很短,波高的绝对幅度很小,只存在于海面的很薄一层水面上。当风继续吹刮时,促使毛细波的波长和波高增大，变成重力波。海浪在风力的作用下不会无限地产生,当波浪的能量聚焦达到临界状态时(即风对波浪的能量输人与波浪的能量耗散相平衡)，波浪会渐趋稳定,其统计特性基本不会再随时间变化。
[0003]现有的荷载模型不具备风浪能量分布的宽窄特征与风浪谱的总能量水平相关的特性，无法较好地描述和解释处于成长状态中风浪的海上测量结果。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种深水海洋环境载荷谱构建方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种深水海洋环境载荷谱构建方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一：分析逆谱宽度；
[0007]步骤二：构建风浪谱模型；
[0008]步骤三：反演实验；
[0009]步骤四：统计计算。
[0010]优选的，所述步骤一中，通过分析影响风浪能量分布的“逆谱宽度”，发现其密度分布主要由风速和逆波龄这两个基本参数确定。
[0011]优选的，所述步骤二中，通过逆波龄和风速两个基本参数确定了风浪谱的总能量水平、风浪谱的最大能量位置(表现为谱峰位置)和风浪能量分布的宽窄特征(表现为峰右侧高频波段谱的陡度)，逆波龄和风速两个参数通过三参数统计关系式控制ξ，再通过ξ影响谱的总能量水平，从而确定海上风浪的波谱分布及能量分布，其中ξ的计算方式为：
[0012]ξ＝log(πδ)/1og2
[0013]ξ为逆谱宽度。
[0014]优选的，所述步骤三中，采用海域流速垂直分布的理论模式和采用枚举法结合最小二乘法,通过实测流速分离，并首先对实验室风生流实验深水海洋风速进行了检验性计算，然后对深水海洋区实测流速的分离,实测流速分离后,不仅可获得海面风流速,用于估算作用于海表面10m的风速数据,而且还可从中得到海表面的摩擦风速。
[0015]优选的，所述步骤四中，在海浪未充分成长条件下，考虑海浪成长状态影响后，根据谱模型反演获得的风速与浮标风速之间的均方根误差减小了30％，平均误差减小了
83％，在利用谱模型算法反演高度计风速时，谱模型中的波龄因子可以根据高度计测得的有效波高和风速获。
[0016]优选的，所述逆谱宽度的值越大表示“谱宽度”越小和风浪谱的“陡度”越大。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：。
[0018]1、该深水海洋环境载荷谱构建方法，具有风浪能量分布的宽窄特征与风浪谱的总能量水平相关的特性，能够较好地描述和解释处于成长状态中风浪的海上测量结果，这一特点是其它模型不能描述的。
[0019]2、该深水海洋环境载荷谱构建方法，不但在表现谱峰的位置和能量的水平上与测量符合较好，而且在表现风浪能量分布宽窄(表现为峰右侧高频波段谱的陡度)的特征上能够与海上观测数据较好的吻合。
[0020]3、该深水海洋环境载荷谱构建方法，载荷谱模型构建仅依赖于风速和波龄两个基本参数，并且在长波和短波之间可以平滑连接，使得这个谱模型可以更好的应用于深海环境。
附图说明
[0021]图1为本专利技术深水海洋环境载荷谱构建方法流程图。
具体实施方式
[0022]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]实施例：请参阅图1，本专利技术提供一种技术方案：一种深水海洋环境载荷谱构建方法，包括以下步骤：
[0024]步骤一：分析逆谱宽度；
[0025]步骤二：构建风浪谱模型；
[0026]步骤三：反演实验；
[0027]步骤四：统计计算论证。
[0028]其中，步骤一中，通过分析影响风浪能量分布的“逆谱宽度”，发现其密度分布主要由风速和逆波龄这两个基本参数确定。
[0029]其中，步骤二中，通过逆波龄和风速两个基本参数确定了风浪谱的总能量水平、风浪谱的最大能量位置(表现为谱峰位置)和风浪能量分布的宽窄特征(表现为峰右侧高频波段谱的陡度)，逆波龄和风速两个参数通过三参数统计关系式控制ξ，再通过ξ影响谱的总能量水平，从而确定海上风浪的波谱分布及能量分布，其中ξ的计算方式为：
[0030]ξ＝log(πδ)/1og2
[0031]ξ为逆谱宽度。
[0032]其中，步骤三中，采用海域流速垂直分布的理论模式和采用枚举法结合最小二乘法,通过实测流速分离，并首先对实验室风生流实验深水海洋风速进行了检验性计算，然后对深水海洋区实测流速的分离,实测流速分离后,不仅可获得海面风流速,用于估算作用于
海表面10m的风速数据,而且还可从中得到海表面的摩擦风速。
[0033]其中，步骤四中，在海浪未充分成长条件下，考虑海浪成长状态影响后，根据谱模型反演获得的风速与浮标风速之间的均方根误差减小了30％，平均误差减小了83％，在利用谱模型算法反演高度计风速时，谱模型中的波龄因子可以根据高度计测得的有效波高和风速获。
[0034]其中，逆谱宽度的值越大表示“谱宽度”越小和风浪谱的“陡度”越大。
[0035]工作原理：步骤一、分析逆谱宽度，步骤二、构建风浪谱模型，步骤三、反演实验，步骤四、统计计算论证，通过该深水海洋环境载荷谱构建方法，不但在表现谱峰的位置和能量的水平上与测量符合较好，而且在表现风浪能量分布宽窄(表现为峰右侧高频波段谱的陡度)的特征上能够与海上观测数据较好的吻合，此外，载荷谱模型构建仅依赖于风速和波龄两个基本参数，并且在长波和短波之间可以平滑连接，使得这个谱模型可以更好的应用于深海环境。
[0036]在本专利技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0037]尽管已经示出和描述了本专利技术的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本专利技术的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本专利技术的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深水海洋环境载荷谱构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：分析逆谱宽度；步骤二：构建风浪谱模型；步骤三：反演实验；步骤四：统计计算论证。2.根据权利要求1所述的一种深水海洋环境载荷谱构建方法，其特征在于：所述步骤一中，通过分析影响风浪能量分布的“逆谱宽度”，发现其密度分布主要由风速和逆波龄这两个基本参数确定。3.根据权利要求1所述的一种深水海洋环境载荷谱构建方法，其特征在于，步骤二中，通过逆波龄和风速两个基本参数确定了风浪谱的总能量水平、风浪谱的最大能量位置(表现为谱峰位置)和风浪能量分布的宽窄特征(表现为峰右侧高频波段谱的陡度)，逆波龄和风速两个参数通过三参数统计关系式控制ξ，再通过ξ影响谱的总能量水平，从而确定海上风浪的波谱分布及能量分布，其中ξ的计算方式为：ξ＝log(πδ)/1og2ξ为逆谱宽度。4.根据权利要求1所述的一种深水海洋环...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟文波，刘书杰，黄熠，张崇，李占东，刘淑芬，干毕成，任冠龙，邓华根，李磊，董钊，黄亮，余意，徐斐，张健，肖谭，张海翔，田鑫，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：发明
国别省市：