第六章水文_海浪.

1、Southeast University SEU1工程水文學(xué)工程水文學(xué)東南大學(xué)交通學(xué)院港航工程系謝逸仙聯(lián)系電話_Mail ：網(wǎng)址 ：http:/ University SEU2第六章 海浪 第一節(jié) 海浪要素和分類第二節(jié) 風(fēng)況基礎(chǔ)知識第三節(jié) 海浪觀測第四節(jié) 海浪要素統(tǒng)計規(guī)律第五節(jié) 海浪譜基礎(chǔ)知識第六節(jié) 根據(jù)海浪觀測推算設(shè)計波浪第七節(jié) 根據(jù)氣象資料推算風(fēng)浪尺度第八節(jié) 波浪淺水變形Southeast University SEU3 l Southeast University SEU4 l Southeast University SEU5 l渤海的面積大約有7.8萬平方公

2、里 黃海面積約為40萬平方公里 東海面積約為77萬平方公里 南海面積330萬平方公里 l渤海與黃海的分界線-遼東半島南端老鐵山角經(jīng)廟日群島至山東半島北端篷萊角的連線 l黃海與東海的分界線-長江口北角至濟(jì)州島西南角的連線 l東海與南海的分界線-廣東南澳島與臺灣島南端的鵝鑾鼻連線Southeast University SEU6 l Southeast University SEU7 l Southeast University SEU8 l Southeast University SEU9 l Southeast University SEU10 l海洋中的波浪是海水運(yùn)動形式之一，它的產(chǎn)生是外

3、力、重力與海水表面張力共同作用的結(jié)果。l引起海水波動的外力因素很多，如風(fēng)、大氣壓力的變化、天體的引潮力、海底地震以及人為引起的船體運(yùn)動等。由這些因素引起的海水波動，其周期可在極寬的范圍內(nèi)變化，如潮波的周期為半天至1天，海嘯的周期為幾十分鐘，風(fēng)浪的周期為幾秒鐘，而海水表面張力波的周期則不足1s。l本章將主要論述由風(fēng)引起的重力波，它是風(fēng)浪、涌浪和近岸波浪的總稱。l風(fēng)浪主要是指在風(fēng)直接作用下產(chǎn)生的波浪；涌浪指風(fēng)停止、轉(zhuǎn)向或離開風(fēng)區(qū)傳播至無風(fēng)水域的波浪；涌浪傳播到淺水區(qū)，由于受到水深和地形變化的影響，發(fā)生變形，出現(xiàn)波浪的折射、繞射和破碎而形成近岸波浪。 第一節(jié) 海浪要素和分類 Southeast Un

4、iversity SEU11 l 一、風(fēng)浪的生成、發(fā)展和衰減的機(jī)理l1、風(fēng)浪形成理論l粘性力作用l根據(jù)流體力學(xué)的觀點(diǎn)，空氣和海水兩種不同介質(zhì)流體互相接觸并發(fā)生相對運(yùn)動時，則在其分界面上，由于兩者相互作用，就會形成界面波。以空氣運(yùn)動（風(fēng)）為主，主要是風(fēng)作用于海水表面時，界面波就是風(fēng)浪。l風(fēng)浪成長的機(jī)理是把風(fēng)對水面的作用力分為兩個分力：風(fēng)與水面問的切應(yīng)力和風(fēng)作用在波浪迎風(fēng)面上的法向正壓力N Southeast University SEU12 l Southeast University SEU13 l l風(fēng)與水面間的切應(yīng)力與風(fēng)速U成正比，因?yàn)樗|(zhì)點(diǎn)主要在原地作振蕩運(yùn)動，波速是位相速度，故與波速C

5、無關(guān)。風(fēng)作用在波浪迎風(fēng)面上的法向正壓力N使波浪的迎風(fēng)面和背風(fēng)面形成壓力差（無風(fēng)時波面兩側(cè)壓力均等），故其大小與風(fēng)速U和波速C之差（UC）成正比。l換言之，風(fēng)通過與水質(zhì)點(diǎn)之間的摩擦力及波浪迎風(fēng)面和背風(fēng)面的壓力差對水質(zhì)點(diǎn)作功，將風(fēng)的能量傳給海水而構(gòu)成風(fēng)浪成長的動力。 Southeast University SEU14 l起風(fēng)初期，海面上波浪很小，即在風(fēng)速U大于波速C的整個期間，由于切應(yīng)力和正壓力N兩種力的同時作用，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。l隨著波浪尺度的增長，波速C也相應(yīng)加大，致使水體內(nèi)由于摩擦而消耗的能量也不斷加大。當(dāng)波速接近風(fēng)速時，風(fēng)僅在切應(yīng)力的作用下繼續(xù)將

6、能量傳給水體，已不通過正壓力傳給海水以能量，而當(dāng)CU時，空氣將阻礙波形前進(jìn)，反而要消耗波浪的能量。l故總的輸入能量是隨波速的逐步加大而逐漸減小的。當(dāng)能量的輸入等于能量的消耗時，波浪則不再發(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。 Southeast University SEU15 l l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粘滯性影響。此外，空氣阻力、海底摩擦和滲透也消耗波浪的部分能量，促使波浪逐漸衰減，直至最后消亡。 Southeast University SEU16 l風(fēng)浪成長過程的這種解釋是比較粗略的，例如，

7、風(fēng)對水面的切應(yīng)力與風(fēng)速U的關(guān)系在開始階段（水面保持平靜時）和風(fēng)浪產(chǎn)生后（水面為波動時）并不相同，同樣，正壓力N與風(fēng)速波速的關(guān)系（U-C）在不同波浪尺度時也有變化。此外，這種解釋完全忽略了波動水體對氣流的反作用等，但由于這種解釋較為簡便，目前仍被廣泛應(yīng)用。l總之，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)能量輸入大于支出時，風(fēng)浪將成長發(fā)展；反之，波浪將趨于衰減直至消亡。 Southeast University SEU17 l 2、風(fēng)場三要素l風(fēng)浪的成長與發(fā)展過程與下列三主要因素有關(guān)：風(fēng)速U，以米秒（ms）計；風(fēng)作用于水面的持續(xù)時間t，簡稱風(fēng)時，單位以小時（h）計；風(fēng)作用

8、海域水面主要范圍，風(fēng)區(qū)長度F，簡稱風(fēng)距，單位以公里（km）或米（m）計。l風(fēng)浪成長與傳播過程中還同海域的地形、水深條件和海流影響等有關(guān)，使風(fēng)浪場更加錯綜復(fù)雜。但是，最關(guān)鍵的是前三者，故將風(fēng)速、風(fēng)時和風(fēng)距（風(fēng)距F指風(fēng)的吹程）稱為風(fēng)場三要素。Southeast University SEU18 l 二、海浪要素 l雖然海浪的剖面形狀復(fù)雜，但人們常把它理想化為如圖6-1所示的規(guī)則剖面，并以各種波浪要素來表征其特性。Southeast University SEU19 各波浪要素的定義如下：l波峰：波浪剖面高出靜水面的部份，其最高點(diǎn)稱為波峰頂。l波谷：波浪剖面低于靜水面的部份，其最低點(diǎn)稱為波谷底。l波

9、峰線：垂直波浪傳播方向上各波峰頂?shù)倪B線。l波向線：與波峰線正交的線，即波浪傳播方向。l波高：相鄰波峰頂和波谷底之間的垂直距離，通常以H表示，單位以米（m）計。在我國臺灣海峽曾記錄到波高達(dá)15m的巨浪。 Southeast University SEU20 l 波長：兩相鄰波峰頂（或波谷底）之間的水平距離，通常以L表示，單位以米（m）計。海浪的波長可達(dá)上百米，而潮波的波長則可達(dá)數(shù)公里。l周期：波浪起伏一次所需的時間，或相鄰兩波峰頂通過空間固定點(diǎn)所經(jīng)歷的時間間隔，通常以T表示，單位以秒（s）計。在我國沿海波浪周期一般為48s，曾記錄到周期為20s的長浪。l波陡：波高與波長之比，通常以表示，即=HL

10、。海洋上常見的波陡范圍在110130之間。波陡的倒數(shù)稱為波坦。l波速：波形移動的速度，通常以C表示，它等于波長除以周期，即C=LT，單位以米秒（ms）計。 Southeast University SEU21 三、海浪分類海浪可以按各種不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類：l1、強(qiáng)制波、自由波和混合浪l強(qiáng)制波指引起波浪的擾動力連續(xù)作用于水面，波動性質(zhì)依賴于擾動力性質(zhì)的波動。在風(fēng)直接作用下產(chǎn)生的風(fēng)浪就是一種強(qiáng)制波，“其外形相對于垂直軸是不對稱的，見圖6-2，波浪的背風(fēng)面較迎風(fēng)面為陡。Southeast University SEU22 l 自由波指擾動力消失后在重力作用下繼續(xù)傳播的波浪，其性質(zhì)已不完全依賴于原有的

11、擾動力。如風(fēng)停止后海面上繼續(xù)存在的波浪或離開風(fēng)區(qū)傳播至無風(fēng)水域上的涌浪就是一種自由波。涌浪的外形比較規(guī)則，波面光滑。l海面上還經(jīng)常遇到風(fēng)浪與風(fēng)區(qū)外傳播來的涌浪相迭加而成的波浪，稱為混合浪。Southeast University SEU23 l 2、毛細(xì)波、重力波和長周期波l按使海水水質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動過程中恢復(fù)到平衡位置的復(fù)原力的性質(zhì)對波浪進(jìn)行分類。復(fù)原力以表面張力為主時稱為毛細(xì)波或表面張力波，如海面上剛起風(fēng)，或風(fēng)力很小時海面上出現(xiàn)的微小皺曲的漣波就是毛細(xì)波，其周期常小于1s。當(dāng)波浪尺度較大時，水質(zhì)點(diǎn)恢復(fù)平衡位置的力主要是重力，這種波浪稱為重力波，如風(fēng)浪、涌浪、地震波以及船行波等。l長周期波主要指日

12、、月引力造成的潮波，還包括大洋涌浪、海灣風(fēng)壅振蕩等周期較長的波動，其復(fù)原力是重力及科氏力。 Southeast University SEU24 l 3、不規(guī)則波和規(guī)則波l海面上接踵而來的各個波浪的波浪要素是不斷變化的，它是一種不規(guī)則的隨機(jī)現(xiàn)象，這樣的波浪稱為不規(guī)則波，如圖6-3所示為海面上一段實(shí)際的測波記錄。l為了便于研究波浪運(yùn)動，人們將實(shí)際的不規(guī)則海浪系列用一個理想的各個波的波浪要素均相等的波浪系列來代替，這種理想的波浪稱為規(guī)則波，如實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用人工方法產(chǎn)生的規(guī)則波。海上涌浪也接近規(guī)則波。 Southeast University SEU25 l Southeast University S

13、EU26 l 4、長峰波和短峰波l在海面上可清楚地看到一個個接踵而來的波峰和波谷，波峰線是一些很長的，幾乎互相平行的直線時，這種波浪稱為長峰波或二維波。l涌浪就是一種長峰波。而在大風(fēng)作用下，波峰線難以辨別，波峰和波谷如棋盤格般交替出現(xiàn)，這種波浪稱為短峰波或三維波。l風(fēng)浪通常為短峰波 Southeast University SEU27 l 5、前進(jìn)波和駐波l海面上形成的波峰線向前或向岸傳播的波浪稱為前進(jìn)波。駐波（或稱立波）是波形不向前傳播，波峰和波谷在原地作周期性升降的波浪，它是前進(jìn)波遇到海岸陡崖或直墻式建筑物后反射回去與前進(jìn)波相互干涉的結(jié)果，此時駐波的波高是前進(jìn)波的2倍。Southeast

14、University SEU28 l6、深水前進(jìn)波和淺水前進(jìn)波l在水深d大于半波長的水域中傳播的波浪稱為深水前進(jìn)波（簡稱深水波）。深水波不受海底的影響，其水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡接近于圓形，且波動主要集中于海面以下一定深度的水層內(nèi)，又常稱為短波。l當(dāng)深水波傳至水深d小于半波長的水域時，稱為淺水前進(jìn)波（簡稱淺水波）。淺水波受海底摩擦的影響，水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡接近于橢圓，且水深相對于波長較小，故又稱長波。Southeast University SEU29 l 7、振蕩波和推移波l在一個波周期內(nèi)，水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的軌跡是封閉的或接近于封閉，即水質(zhì)點(diǎn)僅在原地作振蕩運(yùn)動，這種波動稱為振蕩波。l而在一個波周期內(nèi)，水質(zhì)點(diǎn)有明

15、顯位移，稱為推移波。l淺水波傳向近岸，發(fā)生變形，波陡增大，直至波浪破碎，而破碎后繼續(xù)向岸推進(jìn)，形成擊岸波，并多次破碎，都屬于推移波。l擊岸波最后一次破碎后形成擊岸水流。Southeast University SEU30 l 根據(jù)波浪行近海岸時的變化，對于坡度較緩的海灘，近岸水域按不同水深可大致劃分為四個區(qū)域，即深水區(qū)、淺水區(qū)、擊岸波區(qū)及岸邊區(qū)，如圖6-4所示。l事實(shí)上，由于波浪的不規(guī)則性，確切地劃分各個區(qū)域的分界位置是不可能的，圖6-4所示僅是根據(jù)理想規(guī)則波確定的。l圖中db表示波浪破碎處水深，對應(yīng)的波高稱為破碎波高，以Hb表示。 Southeast University SEU31 l S

16、outheast University SEU32 l 一、風(fēng)的形成及類型l地球南北兩極與赤道之間存在的溫差為驅(qū)動地球大氣環(huán)流提供所需的能源。在熱能向動能轉(zhuǎn)換產(chǎn)生大氣運(yùn)動的過程中，必定包含大氣的水平及上下升降運(yùn)動。大氣運(yùn)動的主要原因是水平和垂直方向上氣壓差的存在。l主要是空氣在水平方向上的氣壓差形成的水平運(yùn)動，稱為風(fēng)，因此氣壓隨時間和空間的分布及其變化就成為分析風(fēng)速、風(fēng)向及其變化必須掌握的資料，從而也是研究海浪的形成及其變化的基礎(chǔ)。 第二節(jié) 風(fēng)況基礎(chǔ)知識Southeast University SEU33 l 空氣運(yùn)動的主要原因是水平氣壓梯度的存在和維持，而控制近地面空氣水平運(yùn)動（風(fēng)）的因素有

17、四個：即作用在空氣微團(tuán)上的氣壓梯度力、地球自轉(zhuǎn)形成的地轉(zhuǎn)偏向力，即科氏力、離心力和摩擦力。l包圍在地球表面的大氣是有重量的，氣壓就是大氣作用于地球表面單位面積上的力。氣壓的單位是帕（Pa）。Southeast University SEU34Southeast University SEU35 l各種力對空氣運(yùn)動所起的作用在不同場合有著主次之分，在自由大氣中，摩擦力可以不計，地轉(zhuǎn)風(fēng)和梯度風(fēng)就成為空氣水平運(yùn)動的主要形式。l在貼近地、海面的摩擦層內(nèi)，摩擦力又起著主要作用。l對于大范圍的空氣運(yùn)動來說，離心力可以忽略不計，風(fēng)速取決于氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力。l對于赤道附近的低緯度地區(qū)和尺度很小的氣旋來說

18、，地轉(zhuǎn)偏向力可以忽略，這時地、海面風(fēng)速主要取決于梯度力、離心力和摩擦力。 Southeast University SEU36 二、我國近海風(fēng)況特點(diǎn)l由于氣團(tuán)發(fā)源地不同，全球各個地帶的風(fēng)況各異，我國近海風(fēng)況的特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：季風(fēng)、寒潮大風(fēng)和臺風(fēng)。l1、季風(fēng)l由于海陸間熱力差異為主導(dǎo)因素，隨著季節(jié)變化而引起高、低壓中心和風(fēng)帶的移動，形成冬、夏兩季盛行方向幾乎相反的風(fēng)，夏季由海向陸吹，冬季由陸向海吹，稱為季風(fēng)。Southeast University SEU37 l 我國是世界上著名的季風(fēng)國家之一，每年10月至次年3月盛行偏北風(fēng)，6月以后盛行偏南風(fēng)，4、5月和8、9月為季風(fēng)轉(zhuǎn)換季節(jié)。l冬季渤海和黃

19、海多西、西北和北風(fēng)，占60；東海多北和東北風(fēng)；南海多東北和東風(fēng)，占88%左右。夏季多為東南、南和西南風(fēng)，渤海、黃海占50%左右；東海、南海占56%左右。 Southeast University SEU38 l 2、寒潮大風(fēng)l中央氣象臺規(guī)定：冷空氣入侵后，氣溫在24h內(nèi)降低10以上，且最低氣溫降至5以下，稱為寒潮，它是我國冬季主要的天氣過程之一，一般持續(xù)35天。寒潮路徑較穩(wěn)定，它發(fā)源于極地，經(jīng)西伯利亞，主要從偏西方向進(jìn)入我國，風(fēng)力可達(dá)89級，陣風(fēng)1011級。寒潮大風(fēng)在一些迎風(fēng)的海岸，如山東萊洲灣易引起增水現(xiàn)象（風(fēng)暴潮），工程設(shè)計中應(yīng)特別注意。 l我國特別冷的原因Southeast Univer

20、sity SEU39 l 3、臺風(fēng)l臺風(fēng)就是熱帶氣旋，它起源于赤道南北緯度520的海洋面上，以太平洋最多，約占56%，尤以西太平洋更多，占36以上。中央氣象臺把熱帶氣旋按中心最大風(fēng)力分為四級：中心風(fēng)力8級以下稱為熱帶低壓；89級稱為熱帶風(fēng)暴；1011級稱為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴；12級及以上稱為臺風(fēng)。l臺風(fēng)直徑約6001000km，臺風(fēng)區(qū)內(nèi)等壓線分布近似園形，中心氣壓可降至90000Pa以下，氣壓梯度一般為1516Pakm，地面最大風(fēng)速可達(dá)5060ms，臺風(fēng)中心移動速度約1050kmh。臺風(fēng)多出現(xiàn)在710月。臺風(fēng)路徑很復(fù)雜，很難找到兩個路徑完全相同的臺風(fēng)，對我國沿海而言，歸納起來主要分為西行臺風(fēng)、登陸臺風(fēng)

21、和轉(zhuǎn)向臺風(fēng)。 Southeast University SEU40 l臺風(fēng)還有一個特征，即在臺風(fēng)中心有一個眼區(qū)，稱為臺風(fēng)眼，在這里風(fēng)勢突然減小，甚至無風(fēng)，云消雨散，氣壓則降至最低點(diǎn)。l臺風(fēng)眼直徑大小不一，自1040km不等。由于有臺風(fēng)眼的存在，臺風(fēng)最大風(fēng)速不出現(xiàn)在中心，而出現(xiàn)在離中心某距離R為半徑的圓周上。圖610即為臺風(fēng)區(qū)內(nèi)風(fēng)速分布的示意圖，圖中坐標(biāo)原點(diǎn)表示臺風(fēng)中心，U為距離中心任意意r處的風(fēng)速，Umax為最大風(fēng)速，R即為自臺風(fēng)中心至出現(xiàn)Umax處的距離，稱為最大風(fēng)速半徑。 Southeast University SEU41 l Southeast University SEU42 l l

22、臺風(fēng)是我國沿海主要的嚴(yán)重災(zāi)害性天氣，主要表現(xiàn)為狂風(fēng)與暴雨襲擊和增水引起的災(zāi)害。我國沿海各省都曾受臺風(fēng)侵襲，造成嚴(yán)重破壞，特別是福建、廣東、海南、臺灣省受影響最大，它是海港工程設(shè)計中需特別注意的災(zāi)害性天氣系統(tǒng)。（1、建筑物安全，2、安全作業(yè)）l視頻資料 Southeast University SEU43 三、風(fēng)況觀測l風(fēng)的特征常用風(fēng)速和風(fēng)向兩個量來表示。風(fēng)速是空氣在單位時間內(nèi)所流過的水平距離，單位一般用米秒（ms）、公里時（kmh）或海俚時（nmileh）表示。風(fēng)向指風(fēng)吹來的方向，一般用16個方位表示。16個方位與度數(shù)的換算關(guān)系見表6-2，無風(fēng)時用C表示。由于風(fēng)場是一隨時間變化的過程，其瞬時變

23、化還具有顯著的脈動特性，因此測定風(fēng)況需要觀測一段時間內(nèi)的風(fēng)速和風(fēng)向并確定其平均值，有時還需瞬時最大值。 Southeast University SEU44 l 海里，有時以一個雙音節(jié)單字里代表，符號為nm，是一個于航海使用的長度單位，相等于國際單位制1,852米。l“海里”傳統(tǒng)上定義為圍繞地球一圈的一角分 (一圈等于360度，1度等于60分，故1海里的長度是子午線長度兩倍36060)。它可從航海圖中，以子午線的上緯度的改變來量度。l1929年在摩納哥的International Extraordinary Hydrographic Conference，定義了1海里為1,852米。在此之前，

24、不同國家地區(qū)對1海里的定稍有不同，如英國在1970年前的1海里為6,080英尺，相當(dāng)于1,853.184米，而美國以前1海里為6,080.2英尺，相當(dāng)于1,853.249米。 Southeast University SEU45 l 航海上，每小時1海里的速度叫做1“節(jié)”。（Kn）以前是船員測船速的，每走1海里，船員就在放下的繩子上打一個節(jié)，以后就用節(jié)做船速的單位。 l1節(jié)（kn）=1海里/小時=（1852/3600）m/s 是速度單位 1海里（n mile）=1852m 是長度單位，1節(jié)等于每小時 1海里，也就是每小時行駛1.852千米（公里）l陸上的車輛和空中的飛機(jī)，以及江河船舶，其速度計

25、量單位多用千米（公里）/小時，而海船（包括軍艦）的速度單位卻稱作“節(jié)”。 Southeast University SEU46 l “節(jié)”的代號是英文“Knot”的詞頭，采用“Kn”表示。1節(jié)等于每小時 1海里，也就是每小時行駛1.852千米（公里）。航海上計量短距離的單位是“鏈”，1鏈等于1/10海里，代號是英文“Cable”的詞頭，用“Cab”。l中國承認(rèn)這一標(biāo)準(zhǔn)，用代號“M”表示。l此外，艦船上錨鏈分段制造和使用標(biāo)志長度單位也用“節(jié)”通常規(guī)定錨鏈長度27.5米為1節(jié)；中國艦艇的使用標(biāo)志以2O米為1節(jié)。l現(xiàn)代海船的測速儀已非常先進(jìn)，有的隨時可以數(shù)字顯示，“拋繩計節(jié)”早已成為歷史，但“節(jié)”作

26、為海船航速單位仍被沿用。Southeast University SEU47十六方位與度數(shù)換算表表十六方位與度數(shù)換算表表6-2l 方位度數(shù)方位度數(shù)N（北）348.911.3S（南）168.9191.3NNE（北東北）11.433.8SSW（南西南）191.4213.8NE（東北）33.956.3SW（西南）213.9236.3ENE（東東北）56.478.8WSW（西西南）236.4258.8E（東）78.9101.3W（西）258.9218.3ESE（東東南）101.4123.8WNW（西西北）281.4303.8SE（東南）123.9146.3NW（西北）303.9326.3SSE（南東南

27、）146.4168.8NNW（北西北）326.4348.8Southeast University SEU48 l 在陸地上，測風(fēng)站應(yīng)設(shè)置在空曠、不受建筑物影響的地點(diǎn)。在我國風(fēng)況觀測一般采用自動記錄的電接式風(fēng)向風(fēng)速儀。該儀器由風(fēng)速感應(yīng)器、風(fēng)向感應(yīng)器、指示器和記錄器組成，感應(yīng)器安裝在室外桅桿上。從記錄器的記錄紙帶上可讀取任意10min的平均風(fēng)速和風(fēng)向，指示器給出瞬時風(fēng)速和風(fēng)向。水文氣象臺站報表上的測風(fēng)記錄多為用指示器測得的2min平均值。l為補(bǔ)充沿海觀測站的不足，國家海洋站要求在沿海航行的我國的船舶每天4次定時將所在海域的水文氣象資料向岸上臺站報告。在海上當(dāng)無風(fēng)速儀時，常利用海面特征目測風(fēng)速，風(fēng)

28、向則用羅盤測定。目測的風(fēng)速用蒲福風(fēng)級表表示，見表63，表中按風(fēng)速大小將風(fēng)分為12級，并說明相應(yīng)的海面特征。后來發(fā)明的測風(fēng)儀器測出自然界存在風(fēng)速大于12級的風(fēng)況，并將風(fēng)級擴(kuò)展到17級。Southeast University SEU49風(fēng)力等級表表風(fēng)力等級表表6-3l 風(fēng)級風(fēng)名相當(dāng)風(fēng)速海面征求海面浪高(m)海面狀況Nmile/hm/s一般最高0無風(fēng)小于100.2海面如鏡/如鏡1軟風(fēng)130.31.5海面有波紋，但還沒有白色的波頂0.10.1微波2輕風(fēng)461.63.3波紋雖小，但已明顯，波枯透明象玻璃，但不碎0.20.3小浪3微風(fēng)7103.45.4波較大，波頂開始分裂，泡沫有光，間或見到白色波浪0.

29、61.0小浪4和風(fēng)11165.57.9小浪，波長較大，往前卷的白碎浪較多，有間斷呼嘯聲1.01.5輕浪5清風(fēng)17218.010.7白碎浪很多，呼嘯聲不斷，間或有浪花濺起，中浪2.02.5中浪6強(qiáng)風(fēng)222710.813.8開始成大浪，波浪白沫飛布海面，呼嘯聲大作3.04.0大浪7疾風(fēng)283313.917.1海面象由波浪堆積而成，碎波的白泡沫開始成纖維狀，隨風(fēng)吹散飛過幾個波頂4.05.5巨浪8大風(fēng)344017.220.7中高浪，波長更大，隨風(fēng)吹起的纖維狀更明顯，呼嘯聲大作5.57.5狂浪9烈風(fēng)414720.824.4海浪卷翻，泡沫可能影響能見度，高浪7.010.0狂濤10狂風(fēng)485524.528.

30、4大高浪，海浪顛簸好象追擊，浪花飛起白色，能見度受影響9.012.5狂濤11暴風(fēng)566328.532.5特高浪，中小型的船在海上有時可能被波浪所蔽，波頂邊緣被風(fēng)吹成泡沫，能見度低11.516.0非凡現(xiàn)象12颶風(fēng)647132.736.9空氣中充滿泡沫和浪花，海面成白色狀態(tài)，能見度劇烈降低14.0/13728037.041.414818941.546.115909946.250.91610010851.056.01710911856.161.2Southeast University SEU50 l 在地面天氣圖上，各臺站某時的實(shí)測風(fēng)速、風(fēng)向以符號標(biāo)明，見圖6-5。圖中符號“”表示臺站位置，指向臺

31、站的豎線表示風(fēng)向，與豎線垂直的每一長線段代表4ms風(fēng)速，短線段代表2m/s，如“”表示風(fēng)速為6m/s，風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)，三角形代表20m/s，如“”表示東北風(fēng)，風(fēng)速24ms。l測風(fēng)所得的記錄經(jīng)分析整理后還需填入各類報表中，工程設(shè)計上常需查閱的是月報表。需指出的是：國家氣象局所屬氣象站的月報表是每日四次定時（北京時02、08、14、20）整編的，而國家海洋局所屬水文站的測風(fēng)與波浪觀測同步，雖然也是每日四次，但時間為白天的08、11、14、17時，其原因主要受目前所使用的測波儀功能的限制。Southeast University SEU51 l 四、測風(fēng)資料的整理l在收集到氣象臺站或水文站的測風(fēng)資料后，

32、為供工程規(guī)劃設(shè)計使用，需經(jīng)統(tǒng)計整理后，繪制成各種風(fēng)況圖，因其圖形似花朵，又稱風(fēng)況玫瑰圖。l所謂風(fēng)況圖是指用來表達(dá)風(fēng)的時間段、風(fēng)速、風(fēng)向和出現(xiàn)頻率四個量的分布情況圖。風(fēng)況圖一般按16個方位繪制。四個量有各種不同的組合方式，而且一幅風(fēng)況圖內(nèi)也常常不能表達(dá)出這四個量的全部情況，所以常接工程需要分別繪制各種形式的風(fēng)況圖，其中最常見的有以下兩種。 Southeast University SEU52 l1、風(fēng)向頻率玫瑰圖l將收集到的多年測風(fēng)資料（每日四次）分方向統(tǒng)計后，用百分?jǐn)?shù)表示出各風(fēng)向的出現(xiàn)頻率，并以一定比例繪在極坐標(biāo)上。零級風(fēng)（無風(fēng)）可用一個以無風(fēng)頻率為半徑，以極坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心的空心圓表示，或直接

33、用數(shù)字標(biāo)出?？砂葱枰L制全年的、某一季度或某月的風(fēng)向頻率玫瑰圖，以滿足統(tǒng)計港口作業(yè)或工程施工天數(shù)的需要。氣象上季節(jié)的劃分以35月為春季，68月為夏季，911月為秋季，122月為冬季。Southeast University SEU53 l Southeast University SEU54 l 為在風(fēng)向頻率玫瑰圖上同時反映出各級風(fēng)的出現(xiàn)頻率，統(tǒng)計風(fēng)向時分風(fēng)級進(jìn)行。見表6-4，然后將表中各向大于等于某級風(fēng)（通常以6級風(fēng)為界）的次數(shù)相加，并以全部觀測次數(shù)除之，在圖上用斜線劃分出來，見圖6-11。l為繪制較為可靠的風(fēng)向頻率玫瑰圖，一般需要有13年的資料，或挑選出具有代表性的若干年份的資料。l由風(fēng)向

34、頻率玫瑰圖可判斷出該地區(qū)某時段內(nèi)出現(xiàn)頻率最高的風(fēng)向，即常風(fēng)向以及大風(fēng)的風(fēng)向，如圖6-11所示，表明某地區(qū)常風(fēng)向?yàn)镋NE及E，同時也是大風(fēng)風(fēng)向。Southeast University SEU55 l 風(fēng)向次數(shù)總次數(shù)6級次數(shù)6級頻率(%)8級頻率(%)總頻率(%)05級67級8級0.110.7m/s10.817.1m/s17.2m/sN9189980.182.26NNE48639525390.8911.99NE292529750.116.78ENE77913739191403.200.0720.98E72817039011733.950.0720.57ESE446493498521.190.07

35、11.37SE1732117630.070.024.02SSE9429620.052.19S7017110.021.62SSW121212320.052.81SW324833280.187.58WSW1725117860.140.024.06W97310030.072.28WNW17170.39NW660.14NNW11111320.050.020.30C2810.140.6443804440.27100.00Southeast University SEU56 l 2、最大風(fēng)速玫瑰圖l從多年的觀測資料中找出各個方向上多年內(nèi)的最大風(fēng)速，以一定比例繪于極坐標(biāo)上而成，見圖6-12。為保證最大風(fēng)速玫

36、瑰圖的可靠性，一般需查閱2030年的測風(fēng)記錄，特別要重視歷史上出現(xiàn)過，但可能漏測的大風(fēng)資料，必要時應(yīng)設(shè)法彌補(bǔ)。由最大風(fēng)速玫瑰圖可判斷當(dāng)?shù)仫L(fēng)力最大的強(qiáng)風(fēng)向，如圖6-12所示，該地區(qū)強(qiáng)風(fēng)向?yàn)镋NE、E及SSE，最大風(fēng)速都達(dá)到40ms。Southeast University SEU57 l Southeast University SEU58 l l由于風(fēng)速在時間上和空間上的變化是很大的，因此風(fēng)速的取值在時距上和高度上應(yīng)有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。我國海港工程技術(shù)規(guī)范規(guī)定：對于波浪推算采用的標(biāo)準(zhǔn)是海面上10m高度處2min風(fēng)速的平均值；對于港口建筑物設(shè)計采用的標(biāo)準(zhǔn)是海面上10m高度處10min風(fēng)速的平均值。

37、當(dāng)所取得的資料不符合這些標(biāo)準(zhǔn)時，就需要進(jìn)行風(fēng)速的高度換算和時距換算。Southeast University SEU59風(fēng)速高度換算表表風(fēng)速高度換算表表6-5l 風(fēng)速儀離地面高度（m）Kz風(fēng)速儀離地面高度（m）Kz5.01.1412.50.965.51.1213.00.966.01.1013.50.956.51.0814.00.957.01.0714.50.947.51.0515.00.948.01.0415.50.938.51.0316.00.939.01.0216.50.929.51.0117.00.9210.01.0017.50.9110.50.9918.00.9111.00.9818.

38、50.9011.50.9819.00.9012.00.9720.00.89Southeast University SEU60海、陸風(fēng)速換算系數(shù)表海、陸風(fēng)速換算系數(shù)表6-6l 海面或海島距海岸距離(km)海上與沿海陸上風(fēng)速比值K2以內(nèi)1.12301.101.1430501.141.23501001.231.30100以外根據(jù)實(shí)測或調(diào)查資料確定Southeast University SEU61 l 2、風(fēng)速的時距換算l即使在氣壓場很穩(wěn)定的情況下，風(fēng)速也是不穩(wěn)定的，具有很大的脈動性，因此風(fēng)速的取值常用在一定時間間隔內(nèi)的平均值來代表，該指定的時間間隔稱為時距。l在我國的工程設(shè)計中，常用的時距有10

39、min和2min兩種，相應(yīng)的風(fēng)速分別稱為時距10min的平均風(fēng)速 10和時距2min的平均風(fēng)速 2，前者用于風(fēng)荷載計算，后者用于波浪推算。UUSoutheast University SEU62第三節(jié) 海浪觀測l 一、波浪觀測的方法l為了掌握筑港地區(qū)的波浪狀況，最可靠的辦法是進(jìn)行現(xiàn)場觀測。60年代以來，為了適應(yīng)建設(shè)的需要，國家海洋局在沿海各地陸續(xù)建立了一系列海洋水文氣象觀測臺、站，進(jìn)行系統(tǒng)的觀測以積累資料，圖6-13即為我國沿海海洋水文站的分布圖。另外，在筑港地區(qū)現(xiàn)場，根據(jù)需要也設(shè)立了不少臨時觀測站，以補(bǔ)充國家臺站的不足。Southeast University SEU63Southeast

40、University SEU64 l波浪觀測的項目和要求我國國家海洋局頒布的“海濱觀測規(guī)范”規(guī)定：海浪觀測的項目有海況、波型、波向、波高和周期。同時觀測風(fēng)速、風(fēng)向和水深。l海況是指在風(fēng)力作用下海面外貌特征，共分為十級，根據(jù)圖、表與海面對照確定，見表 Southeast University SEU65 l 海況等級海面征狀0海面光滑如鏡，或僅有涌浪存在。1波紋或涌浪和波紋同時存在。2波浪很小，波峰開始破裂，浪花不呈白色而呈玻璃色。3波浪不大，但很觸目，波峰破裂，其中有些地方形成白色浪花白浪。4波浪具有明顯的形狀，到處形成白浪。5出現(xiàn)高大的波峰，浪花占了波峰上很大的面積，風(fēng)開始削去波峰上的浪花。

41、6波峰上被風(fēng)削去的浪花，開始沿著波浪斜面伸長成帶狀，有時波峰出現(xiàn)風(fēng)暴波的長波形狀。7風(fēng)削去的浪花帶布滿了波浪斜面，并且有些地方到達(dá)波谷，波峰上布滿了浪花層。8稠密的浪花布滿了波浪斜面，海面變成白色，只有波谷內(nèi)某些地方?jīng)]有浪花。9整個海面布滿了稠密的浪花，空氣中充滿了水滴和飛沫，能見度顯著降低。Southeast University SEU66 l 波型指波浪形態(tài)，分風(fēng)浪、涌浪和混合浪三類。風(fēng)浪在記錄表中記為F；涌浪記為U；混合浪以風(fēng)浪為主時記為FU，以涌浪為主時記為UF；風(fēng)、涌浪并存，相差不大時記為FU；無浪時記為C或空白。l波向和風(fēng)向一樣，指波浪的來向，用16個方位記錄，見表6-2。當(dāng)海面

42、有浪，但浪向難以辨別時，記為*。風(fēng)浪和涌浪并存時，需對兩者的波向分別觀測記錄。 Southeast University SEU67 波高觀測波高觀測l規(guī)范規(guī)定：應(yīng)首先進(jìn)行波浪周期的觀測，分3次連續(xù)進(jìn)行。每次用秒表測出10個連續(xù)波（即11個波峰頂）經(jīng)過一固定點(diǎn)（即測波浮筒頂端）的時間，用30除以3次觀測得的時間之和，則得平均周期，單位為秒（s），精確到0.1s。取上述算出的平均周期的100倍，作為該次波高的觀測時間長度，然后在該時間段內(nèi)，觀測記錄下1520個大波波高，從中選出10個最大者加以平均，得平均值，記為 ，單位為（m），精確到0.lm，最后從這10個波中選出最大值記錄下來。 110HS

43、outheast University SEU68 l 測波儀的種類很多，根據(jù)其工作原理大致可分為：岸用光學(xué)測波議、壓力式測波儀、聲學(xué)測波儀、測波桿、船舷測波儀、遙測重力測波儀以及還未形成標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的激光測波儀等。我們著重介紹國內(nèi)各臺站最早開始使用，且至今仍在沿用的目測岸用光學(xué)測波儀、技術(shù)先進(jìn)連續(xù)自記的遙測重力測波儀以及壓力式測波儀。 Southeast University SEU69 l 1、岸用光學(xué)測波儀Southeast University SEU70Southeast University SEU71 l觀測方法：設(shè)置在岸坡上的岸用光學(xué)測波議由配有透視網(wǎng)格的單筒望遠(yuǎn)鏡和帶有水準(zhǔn)儀的分

44、度盤組成，透視網(wǎng)格見圖6-14。透視網(wǎng)格正中垂線為測距標(biāo)尺，以km表示；B為波高標(biāo)尺，B0.5指每格代表0.5m；H=10m指要求儀器的光學(xué)軸高程離海平面的設(shè)置高度為10m；上端根線為海天分界線；F為物鏡焦距；斜線供測漂流速用。 Southeast University SEU72 l 測波浮筒設(shè)置在水深足夠且海面開闊的海濱地區(qū)。浮筒與岸上測波儀的水平距離一般應(yīng)為儀器所要求的設(shè)置高度的20倍左右。我國生產(chǎn)的岸用測波儀有3種，其設(shè)置高度分別為10m、20m和40m。浮筒頂上有的還安裝照明燈，可定時點(diǎn)亮供晚間觀測。l觀測時，浮簡跳動一次的時間間而就是周期。浮筒桿頂端在波高標(biāo)尺上的跳動格數(shù)乘以波標(biāo)尺

45、B值就是波高；使視線平行于波峰線，轉(zhuǎn)動90后，即為波向線，由羅盤讀取波向。 Southeast University SEU73 l岸用光學(xué)測波儀每天4次定時（北京時08、11、14、17）進(jìn)行觀測，如大浪出現(xiàn)在夜間或霧天就可能漏測，這是該類儀器最大的缺點(diǎn)之一。其次，海上表層海流和風(fēng)都能使測波浮筒發(fā)生偏移，從而影響測量精度。但該類儀器結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、價格低廉，我國沿岸臺站30余年的波浪資料基本上都是用它觀測的，因此應(yīng)對它有所了解，利于正確使用觀測記錄。 Southeast University SEU74 l 2、遙測重力測波儀l遙測重力測波儀是60年代逐漸發(fā)展起來的新型測波儀器，它分為船

46、用和浮標(biāo)用兩類。浮標(biāo)用的重力測波儀又稱測波浮標(biāo)，國外在海洋調(diào)查中已普遍采用，其典型產(chǎn)品有荷蘭的“波浪騎士”測波浮標(biāo)和美國恩迪科956型遙控測波儀等。我國研制的SBFl-l型近海遙測波浪儀也已投入使用。Southeast University SEU75 l 這類儀器由海上、陸上兩大部份組成。海上部份主要是浮標(biāo)主體和彈性的錨系系統(tǒng)，它包括浮標(biāo)體。加速度計、閃光燈、電子線路、組合電池、發(fā)射天線及錨系等，統(tǒng)稱為發(fā)射系統(tǒng)。陸上部份由接收天線、接收機(jī)、鑒頻器、時控電路、記錄儀、調(diào)制解調(diào)器、磁帶式磁盤記錄器及附屬的后處理系統(tǒng)，如計算機(jī)等組成，圖6-15為其結(jié)構(gòu)組成示意圖。 Southeast Univer

47、sity SEU76 l Southeast University SEU77 l遙測波浪儀的工作原理是利用測量波面水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的加速度的辦法來實(shí)現(xiàn)測量波高的，它利用安裝在浮標(biāo)內(nèi)或浮標(biāo)下的重力加速度計來反映海面水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動。海面質(zhì)點(diǎn)（浮標(biāo)）在不同的時刻具有不同的重力加速度，為此只需把測得的反映重力加速度大小的頻率信號經(jīng)過二次電路積分，就可獲得相應(yīng)的波浪高度信號。積分器輸出的相應(yīng)于波高的電壓信號，輸入到壓控振蕩器，從而得到相應(yīng)于波高的頻率輸出，并作為調(diào)制信號來調(diào)制發(fā)射機(jī)載波，再通過發(fā)射天線把信號發(fā)到岸站。陸上接收機(jī)收到波浪信號，再把頻率信號轉(zhuǎn)換回到電壓值，由記錄儀描繪出波浪曲線圖形，波浪信號同時輸

48、給收錄機(jī)記錄在磁盤或磁帶上。磁盤或磁帶通過回放，經(jīng)解調(diào)和模數(shù)轉(zhuǎn)換后成為數(shù)字量輸入到計算機(jī)里進(jìn)行各種處理分析。后處理系統(tǒng)主要包括微處理機(jī)、打印機(jī)、繪圖儀等，作業(yè)時可以進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)時處理，也可以事后磁盤磁帶回放處理。 Southeast University SEU78 l 美國恩迪科956型測波儀除測量波高和周期外，還能測出波向，這是其它測波浮標(biāo)所不具備的。l遙控測波儀的工作方式是由時鐘控制定時記錄，如每3h、4h或6h記錄一次，每次1530min，視機(jī)種不同而異，亦可根據(jù)需要，啟動機(jī)器進(jìn)行連續(xù)記錄。l這類測波儀測量的最大波高可達(dá)2030m，遙控距離1050km不等，是光學(xué)測波儀無法比擬的。浮標(biāo)內(nèi)

49、蓄電池工作壽命可達(dá)610個月。l測波輸出資料除波形曲線外，經(jīng)微處理機(jī)處理后還給出波浪的各種特征值，如平均波高 、平均周期 、最大波高Hmax、最大周期Tmax等及波浪頻率譜以至方向譜等。 HTSoutheast University SEU79 l 3、壓力式測波儀l壓力式測波儀的基本原理是利用海面波動時所形成的不同的水柱壓力差來測定波高的。l這類儀器的特點(diǎn)是采用差動式壓力變換器。在它的一側(cè)感受總的靜水壓力，其對各種周期性的波動由低通過濾器濾去，而另一側(cè)則感受總的水住壓力加上波浪壓力，兩者之差即為波浪信息，該信息與由潮汐變化、大氣壓力變化等所引起的水柱變化無關(guān)。儀器采用硅半導(dǎo)體應(yīng)變計式傳感器，

50、電子設(shè)備中采用集成電路，壓力傳感器由一個充滿油的膜盒與水隔離，故不受阻塞、生物污損及泥沙淤積影響。壓力傳感器可裝在海底以上060m各種水深處，可嵌裝在結(jié)構(gòu)物上，也可系于纜繩上，但波浪感應(yīng)壓力隨水深增加而衰減，故儀器最大安置水深不宜過深，以不超過15m為宜。 Southeast University SEU80 l l這種測波儀在國內(nèi)外開始大量應(yīng)用，且已有典型的商品化產(chǎn)品，如美國InterOcean公司的系列產(chǎn)品WG7500型等。該類測波儀因傳感器位于水下，無活動部件，故儀器的平均無故障工作時間比其它儀器高，缺點(diǎn)是無法記錄波向。這類儀器的另一個缺點(diǎn)是波浪中的高頻短波會隨著傳感器設(shè)置水深的增加而更

51、多地被濾掉。 Southeast University SEU81 l二、海浪資料的整理l報表中的“周期”指平均周期；“波高”指連續(xù)100個波中，按波高從大至小排列，前10個大波的平均值；而“最大波高”指100個波高中的最大值，使用時應(yīng)特別注意。l表示某海區(qū)各向各級波浪出現(xiàn)頻率及其大小的圖稱為波浪玫瑰圖。為繪制波浪玫瑰圖應(yīng)對海區(qū)多年的波浪觀測資料進(jìn)行統(tǒng)計整理，先將波高或周期分級，一般波高可每間隔0.51.0m為一級，周期每間隔1s為一級，然后從月報表中統(tǒng)計各向各級波高或周期的出現(xiàn)次數(shù)，并除以統(tǒng)計期間的總觀測次數(shù)，即得頻率。l為得到可靠的波浪玫瑰圖，一般需13年的連續(xù)資料，或選擇有代表性的典型年

52、份的資料，見表6-9，表中m為出現(xiàn)次數(shù)；P為頻率以%計。 Southeast University SEU82 l 波向0.00.5m0.61.0m1.11.5m1.62.0m2.13.0m3.14.0m4.1mmP(%)mP(%)mP(%)mP(%)mP(%)mP(%)mP(%)N10.0270.16210.48150.3570.1610.02NNE100.23691.59992.29561.29270.62NE60.14340.79360.83230.5390.21ENE50.12902.081834.232275.241834.23230.5310.02E451.042305.31276

53、6.372505.772375.47220.5150.12ESE1523.514138.542736.301573.63962.22150.3540.09SE370.85831.92310.7290.12160.3730.07SSE230.53370.85130.3060.1410.0210.02S150.35180.1870.1610.0250.1210.0230.07SSW531.22771.78280.6550.1270.1610.0210.02SW430.991633.761052.42350.81110.2510.02WSW80.18671.55220.51100.2330.0730

54、.07W30.07200.4640.0940.0920.0510.02WNWNW10.0210.02NNW40.0910.0210.02C290.67430130711037996047215總次數(shù)n=4320Southeast University SEU83 l 波高玫瑰圖 Southeast University SEU84第四節(jié) 海浪要素統(tǒng)計規(guī)律一、固定點(diǎn)波高和周期的統(tǒng)計分布l如果用連續(xù)自動記錄的遙測重力測波儀進(jìn)行波浪觀察，則可以記錄到海面上某固定點(diǎn)波面隨時間變化的過程線，見圖6-17，它顯然不同于規(guī)則波，而是一個復(fù)雜的不規(guī)則波波列，因此需要對它另外給出波浪要素的定義。圖6-17中橫軸

55、表示時間，同時也代表靜水面，縱軸代表波面相對于靜水面的垂直位移。波面自上而下跨過橫軸的交點(diǎn)稱為下跨零點(diǎn)（例如3、6點(diǎn)），而自下而上跨過橫軸的交點(diǎn)稱為上跨零點(diǎn)（例如0、9點(diǎn)）。相鄰的兩個上跨零點(diǎn)（可跨零點(diǎn)）間的時間間隔稱為周期，由此依次讀取的各個周期是不等的，其平均值稱為平均周期。在一個周期內(nèi)取波面的最高點(diǎn)作為波峰頂（例如4點(diǎn)），同樣，波面的最低點(diǎn)作為波谷底（例如7點(diǎn)），而5、8點(diǎn)不能作為波峰頂、波谷底，峰頂與谷底之間的垂直距離定義為波高，顯然由此依次讀取的各個波高也是不等的，其平均值稱為平均波高。統(tǒng)計表明，無論采用上跨零點(diǎn)或下跨零點(diǎn)定義波高和周期，其平均值是基本相同的。 Southeast U

56、niversity SEU85 l Southeast University SEU86 l如在某一固定時刻，沿波浪傳播方向（波向線）取波面的垂直剖面，得波面隨位置變化的曲線。同樣用上跨零點(diǎn)法可依次讀取波長，并計算出平均波長 。實(shí)測資料的分析結(jié)果表明，不規(guī)則波的平均周期 與平均波長 的關(guān)系已不同于規(guī)則波的式6-1和式6-2，它們之間的關(guān)系可近似用下式表示l系數(shù)k，根據(jù)充分成長的勞曼譜可推得k=23 LLT2()2gTLkSoutheast University SEU87 l l表6-10為我國沿海某站實(shí)際觀測記錄按上跨零點(diǎn)法取值后得到的連續(xù)100個波的波浪系列實(shí)例。從該表可以看出，在一個波浪

57、系列中，各個波浪不僅大小各不相同，而且它們的出現(xiàn)次序也是無序偶然的。如果在這場風(fēng)浪中（風(fēng)浪處于定常穩(wěn)定狀態(tài)下）再連續(xù)讀取100個波，則這個波列波高和周期的次序和大小和上一個波列又有所不同，但它們所反映的是同一海浪狀態(tài)，因此，在一個波浪系列中，波浪的大小分布具有偶然性，亦即可以看作一隨機(jī)事件。Southeast University SEU88 l H(m)T(s)H(m)T(s)H(m)T(s)H(m)T(s)H(m)T(s)2.03.01.65.6

58、23.03.02.08.1

59、1.04.12.46.62.02.02.03.38.1Southeast University SEU89 l如第四章所述，對于隨機(jī)事件可采用數(shù)理統(tǒng)計的方法研究其規(guī)律。此時，波列中各個大小不同的波高或周期就是隨機(jī)事件中

60、的隨機(jī)變量，而風(fēng)浪處于穩(wěn)定狀態(tài)過程中所有的波高或周期就是總體，從中任意取出的連續(xù)的100個波就是樣本。我們將通過對樣本的研究來估計總體的變化規(guī)律。l反映隨機(jī)事件規(guī)律的第一個特征值是樣本的平均值，表6-10波列的平均波高或平均周期按下式計算 1111,NNiiiiHH TTNNSoutheast University SEU90 l 式中：N所取樣本總個數(shù)。本例中N100，平均波高2.2m，平均波高反映了波列總體的大小，例如根據(jù)兩場風(fēng)浪的記錄計算出的平均波高不同。顯然平均波高大的那場波浪比平均波高小的那場波浪為大。l為研究波高或周期大小的分布規(guī)律，必須繪制頻率直方圖。為此計算各波高的比值，即為波