[发明专利]一种表征近岛礁浅水波浪能量特征的多项式波谱拟合方法

说明书

一种表征近岛礁浅水波浪能量特征的多项式波谱拟合方法，属于海洋工程领域。该方法根据浅水波浪谱特征，针对单峰谱和双峰谱分别提出了相应的多项式谱型表征形式。所提出的多项式波浪谱表征形式，能够表达实测数据中的近岛礁波浪谱能量分布情况。与常用的波浪谱形式相比较，本发明所提出的多项式形式对波浪谱的高频部分拟合更符合浅水波浪谱的特点，同时能够完成双峰谱的拟合工作。

技术领域

本发明涉及一种表征近岛礁浅水波浪能量特征的多项式波谱拟合方法，属于海洋工程领域。

背景技术

波浪能量的分布形式对于海洋科学研究和海洋工程建设具有重要意义。针对20分钟至6小时内的短期波浪环境，通常将其波高历程看作一个稳态的随机过程，并根据波高历程变换得到相对于波浪频率的能量谱密度形式。常见用于表征波浪能量特征的谱型有JONSWAP、PM、纽曼、ITTC双参数谱等。这些谱型一般适用于深水区域的单峰值形波浪谱，并已经得到了大量实测数据的验证。

浅水波浪的能量特征与深水情况存在差异，利用现有谱形或其修正形式不能很好地表达浅水波浪能量特征。同时，近岛礁波浪环境中存在大量的双峰谱形式，常用谱形多针对单峰谱形式设计，未充分考虑双峰谱形式的能量分布情况。

针对与深水波浪环境存在差异的近岛礁浅水波浪环境，现有常见波浪谱形式不能很好地表达其内部的能量分布，因此需要提出一种针对浅水波浪环境中单峰谱和双峰谱的谱形表征方法。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种表征近岛礁浅水波浪能量特征的多项式波谱拟合方法。该方法分别针对近岛礁浅水单峰谱和双峰谱提供了对应的多项式拟合形式。基于海洋实测获得的波浪谱数据，该方法在确定谱形分类的基础上，利用所提出的多项式表征形式，根据最小二乘法对实测谱型进行拟合。实现针对近岛礁浅水环境实测波浪谱中单峰谱和双峰谱的拟合，并给出目标海域的常用参数。

为实现上述发明目的，本发明专利所采用的技术方案是：一种表征近岛礁浅水波浪能量特征的多项式波谱拟合方法，包括以下步骤：

a、利用波浪骑士式海洋浮标获得目标海域不同时间段内的近岛礁浅水波浪谱。

b、确定实测波浪谱的主峰值及次峰值位置。

c、根据主峰值和次峰值的关系确定实测谱为单峰值分布形式或双峰值分布形式。

d、根据实测波浪谱形式，确定对应的多项式波浪谱拟合形式。

e、根据最小二乘法，利用所提出的多项式波浪谱对实测谱形进行拟合。

f、得到多项式波浪谱中的各待拟合参数，完成对目标海域特定时间的波浪能量形式表达，并确定常用参数。

具体步骤为：

在步骤101中，利用波浪骑士式海洋浮标，在目标海域实测获得波浪的能量谱数据S(f)；

在步骤102中，针对实测波浪谱首先确定其主峰值及次峰值；其中主峰值位置peak₁在波浪谱能量最大处，即S(peak₁)＝max[S(f)]；次峰值位置peak₂由式[S(f)·(f-peak₁)²]的最大值位置决定；

在步骤103中，根据主峰值和次峰值位置关系选出实测波浪谱中的双峰值分布形式，其筛选标准为：

a)主峰值和次峰值均在0.05-0.25Hz范围内；

b)主峰值和次峰值的间隔大于等于0.05Hz，即|peak₁-peak₂|≥0.05Hz；

c)次峰值的波浪谱能量密度大于主峰值的30％，即S(peak₂)≥0.3S(peak₁)；