《近岸異常波的發生機理及其數值模擬研究》是依託華南理工大學，由胡金鵬擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：近岸異常波的發生機理及其數值模擬研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：胡金鵬
- 依託單位：華南理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以近岸海區的異常波作為研究對象，針對其運動特徵及實際結構、發生機理、數值模擬再現和現場試驗資料驗證等關鍵問題開展研究。本項目將建立完整的近岸異常波數學模型。為此本項目採用不同前人的先機理假定後數值模擬驗證的研究思路，首先從包含異常波的長期近海實測波浪數據入手，分析近岸異常波的發生幾率及其時空運動和結構特性，對其潛在的多種可能生成機理進行系統分析，結合真實的近岸自然地理環境和近岸異常波本身運動和結構特性，確定其最為可能的生成機理；然後在特性和機理分析基礎上，採用合適的變水深非線性波動方程作為近岸異常波發生的理論模型，通過有限差分和傅立葉偽譜等數值方法建立數值模型，利用數值模擬手段來再現近岸異常波的發生與發展；最後根據數值模擬結果與現場實測結果進行對比分析，進一步驗證本項目所提出的生成機理、所採用的理論方程及所建立的數值模型的合理性與可靠性。
結題摘要
該項目從近海實測波浪數據出發對近岸異常波機理開展研究，並建立一套完整的近岸異常波數值模型。項目首先獲得大量長期近海實測波浪數據，並對包含近岸異常波的數據資料加以分析，分析發現近岸異常波發生幾率約為1/10000左右，比Rayleigh分布低，比Weibull分布高，但總體上其機率曲線接近Rayleigh分布，窄譜或雙峰譜、高非線性和高群聚性的波浪場中發生異常波的幾率較高。項目對近岸異常波的潛在多種可能生成機理進行分析，結合近岸自然地理環境和近岸異常波特性，確定同向的波浪聚合（波包和孤立波的時空聚焦）作用和具有窄普性質的單向隨機波列中不同頻率組成波間的高階非線性相互作用作為近岸異常波的可能發生機理加以研究。在特性和機理分析基礎上，項目採用合適的波浪理論方程建立近岸異常波的數值模型，為了突出不同的重點，數值模型的建立主要分兩個階段進行：第一階段將忽略水深地形的影響，建立常水深異常波數值模型，分兩種情況展開工作，在非線性演化方面，利用NLS方程計算出類似近岸異常波發生時所需要的海況條件，再將該條件作為KdV的輸入條件來模擬近岸異常波，而在波浪聚合方面，由大浪的波形經由KdV方程推演出可能造成聚合的波形，進一步分析這類波形的特徵，NLS方程和KdV方程都屬於拋物型方程，採用適合NLS方程和KdV方程的計算高效準確的傅立葉偽譜算法；在常水深數值模型基礎上，第二階段考慮水深地形變化對近岸異常波生成的輔助增強作用，進一步採用申請者所建立的二階全非線性Boussinesq方程建立變水深數值模型。最後項目在所建立的數值模型基礎上，採用數值分析的手段重建實測波列的能譜，對符合實際海況的模型輸入條件進行程式實現和數值實驗，再現近岸異常波的發生髮展特性，並利用現場資料驗證了本研究中數值模型的可靠性。通過本項目資助，項目組掌握了近岸異常波發生幾率和實際特性，確定了其最可能的發生機理，建立了一套完整的近岸異常波數值模型，項目成果有效填補了國內異常波在近岸海區研究理論上的空白，同時其成果對於海岸工程的合理設計也具有重大的工程意義，已發表核心期刊以上論文8篇，其中1篇為SCI收錄，4篇為EI收錄。
