[发明专利]一种适用于真实海洋的浪场非高斯态程度评估方法

说明书

本发明提供一种适用于评估真实海洋中浪场非高斯态程度的方法，该方法包括：i)一个可模拟真实非高斯态浪场的数值模型；ii)基于该模型所获取的适用于真实海洋环境的“海浪谱与浪场非高斯态程度”对应关系数据库；iii)以及基于被评估海浪谱从上述数据库提取浪场非高斯态程度的方法；本发明可以准确、便捷地获取被评估海浪谱所代表浪场的非高斯态程度，从而有助于提高畸形波、极端大浪等灾害性海浪的预报精度；本方法可被移植到任意第三代海浪模式中，应用于业务化海浪预报；本方法中非高斯态程度的表现形式——参数RP_μ3和RP_μ4可与常用的偏度、峰度参数相互转换，从而进一步扩大了本方法的适用范围。

技术领域

本发明涉及物理海洋学技术领域，尤其涉及一种适用于真实海洋的浪场非高斯态程度评估方法。

背景技术

畸形波是一种极具破坏力的海浪现象，会对人类航行、远洋捕捞、石油开采等海上活动构成严重的威胁。

目前被广泛接受的(开阔海域内)畸形波形成机制均与浪场组成波间的非线性相互作用有关，这些机制所造成的海浪能量非线性聚焦，一方面导致了畸形波的形成，另一方面导致了波面高度在统计上偏离线性浪场的高斯(正态)分布,形成非高斯态海况；浪场能量非线性聚焦的活跃程度与浪场的非高斯态程度及该浪场中畸形波发生的可能性均成正比关系，因此，通过浪场的非高斯态程度可以推测浪场中畸形波的发生概率。此外，适宜的浪场环境会促进或抑制上述非线性聚焦机制，从而引起非高斯态程度的增加或减小，因此，代表浪场环境的海浪谱也与该浪场的非高斯态程度有着十分密切的联系。由此，浪场中发生畸形波的可能性可以通过代表该浪场的海浪谱判断，这也是当前第三代海浪模式(可模拟海浪谱)中畸形波预报系统的基本原理,而其中连接“海浪谱”与“畸形波发生概率”间的“桥梁”即为浪场的非高斯态程度。

然而，在当前的畸形波预报中，海浪谱与非高斯态浪场之间的对应关系建立在复杂的理论水波模型的基础上。这些理论模型在参数化的过程中不可避免的引入了“窄带谱、均一向”的理想条件进行近似处理，而这些理想条件与现实海洋中“宽带谱、短波峰”的海况特征完全相悖。因此在实际计算浪场非高斯态程度时，真实浪场的海浪谱相关特征参数会涉及到当前理想化近似中所无法覆盖的范围，尽管现有技术采取了多种措施去校正这个“盲区”中结果，但其对“盲区”内浪场非高斯态程度估计的准确性仍然值得商榷，进而进一步影响整个实际预报的准确性。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种全新的浪场非高斯态程度评估方法，适用于真实海洋“宽带谱，短波峰”的特征，可准确、便捷的获取任意海浪谱所代表浪场的非高斯态程度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于评估真实海洋中浪场非高斯态程度的方法，包括以下步骤：

步骤1：建立以海浪方向谱为初始条件，模拟真实非高斯态浪场的数值模型；

步骤2：基于上述数值模型获取适用于真实海洋环境的“海浪谱与浪场非高斯态程度”对应关系数据库；

步骤3：建立基于任意海浪谱从上述“海浪谱与浪场非高斯态程度”对应关系数据库中提取浪场非高斯态程度的方法。

进一步，所述步骤1中建立数值模型具体包括以下步骤：

步骤1.1：对HOS-Ocean的部分I/O代码做修改

1)删除与数值实验无关的I/O活动；

2)将输出文件格式由ascii码修改为netcdf格式；

步骤1.2：建立初始谱模型，生成数值实验所需初始谱

用有效波高形式的JONSWAP谱S(f)结合方向分布函数D(θ)构建HOS数值模拟所需的初始谱模型：

S(f，θ)＝S(f)D(θ) (1)