[发明专利]一种基于速度衰减函数的波浪边界层最大速度剖面预报方法

权利要求书

1.一种基于速度衰减函数的波浪边界层最大速度剖面预报方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、建立波浪边界层最大速度剖面预报公式

考虑海床糙率高度以及边界层厚度对速度分布的影响作用，在速度衰减函数中引入长度尺度，获得关于λ₁、λ₂和p的三参数速度衰减函数χ(z)；

u(z)＝[1-χ(z)]U_m (2)

其中，λ₁和λ₂为长度尺度，分别用于描述海床糙率高度以及边界层厚度对速度分布的影响作用；p为指数参数，用于调节速度分布不满足对数率规律的情况；u(z)表示最大水平速度在垂向坐标z处的数值；U_m表示边界层外自由流动区域波浪水质点运动速度幅值；

波浪条件下最大流速剖面通过η₁、η₂和δ_J三个垂向坐标物理量表示；波浪边界层内存在速度超越区域，η₁和η₂分别表示速度超越区域的下边界和上边界，即η₂-η₁表示速度超越区域的范围；δ_J表示速度超越区域内最大速度对应的垂向坐标；根据η₁、η₂和δ_J三个垂向坐标物理量的定义，得到约束性条件：u(η₁)＝U_m；u(η₂)＝U_m；z＝δ_J时，利用这些约束性条件并结合公式(1)，得到η₁、η₂和δ_J的表达式；

基于公式(1)、(3)和(4)，得到最大速度偏差函数ξ_max为：

B、确定长度尺度λ₁、λ₂以及指数参数p

将公式(5)与物理实验结果对比分析，经最小二乘法拟合，确定公式(1)中的长度尺度λ₁、λ₂以及指数参数p；

系数预报公式：

其中，k_s表示海床的粗糙度，取海床糙率单元特征直径的2.5倍；A表示边界层外波浪水质点运动的位移幅值，通过波浪理论进行计算；对于非线性波浪情况，取波浪水质点运动的位移幅值的最大值；

将公式(6)、(7)和(8)带入到公式(1)和(2)，实现对波浪边界层最大速度剖面的预报。

2.根据权利要求1所述的一种基于速度衰减函数的波浪边界层最大速度剖面预报方法，其特征在于，所述最大速度偏差函数ξ_max中，当λ₁＝λ₂＝λ时，χ(z)退化为二参数模型；δ_J＝λ(3π/4)^1/p，ξ_max＝6.7％。