Форма частотного спектра ветровых волн и оптимальный способ его расчета

В. Г. Полников

Институт физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН, г. Москва

Аннотация

На основании расчета большого числа частотных спектров ветровых волн, выполненных различными методами и для различных ветро-волновых условий их образования, сделаны следующие заключения: 1) оптимальным методом расчета одномерных спектров волн является метод авторегрессии [1 – 3]; 2) частотные спектры ветровых волн всегда имеют регулярное распределение достоверных локальных максимумов в области частот, превышающих частоту максимума спектра и, как правило, расположенных на частотах, близких к кратным частотам главного пика; причина появления отмеченных локальных максимумов обусловлена нелинейной природой гравитационных волн [4, 5]; 3) среднеквадратичные наклоны спектров в области высоких частот не проявляют строгой принадлежности к закону «– 4» или «– 5» и могут существенно варьировать в силу целого ряда физических причин [6].

Ключевые слова

ветровые волны, спектр, уклоны спектра, кратные гармоники, нелинейность

Для цитирования

Полников В. Г. Форма частотного спектра ветровых волн и оптимальный способ его расчета // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2010. № 21. С. 220–230. EDN WYQVYH.

Polnikov, V.G., 2010. The Wind-Wave Spectrum Shape and an Optimal Way of Its Calculation. Ecological Safety of Coastal and Shelf Zones and Comprehensive Use of Shelf Resources, 21, pp. 220–230 (in Russian).

Список литературы

  1. Козубская Г. И., Коняев К. В. Адаптивный спектральный анализ случайных процессов и полей // Изв. АН СССР. ФАО. – 1977. – 13, № 1. – С. 61–66.
  2. Кей С. М., Марпл С. Л. Современные методы спектрального анализа. Обзор // ТИЭЭР. – 1981. – 69, № 11. – С. 5–51.
  3. Полников В. Г. Особенности адаптивного спектрального анализа гидрофизических процессов // Тр. 5-го Всесоюзного совещания по статистической метеорологии. – Казань, 1985. – C. 146–151.
  4. Stokes G. G. On the theory of oscillatory waves // Trans. Cambr. Phys. Soc. – 1947. – 8. – P. 441–455.
  5. Полников В. Г. Метод перенормировки в теории возмущений для случайного поля нелинейных поверхностных волн // Морской гидрофизический журнал. – 1988. – № 3. – С. 34–41.
  6. Rodrigues G., Soares C. G. Uncertainty in the estimation of the slope of the high frequency tail of wave spectra // Appl. Ocean Res. – 1999. – v. 21. – P. 207–213.
  7. Давидан И. Н., Лопатухин Л. И., Рожков В. А. Ветровое волнение как вероятностный гидродинамический процесс. – Л.: Гидрометеоиздат, 1978. – 286 с.
  8. Phillips O. M. The equilibrium range in the spectrum of wind-generated waves // Ibid. – 1958. – 4. – P. 231–245.
  9. Pierson W. J., Moskowitz L. A proposed spectrum for fully developed wind seas based on the similarity theory of S. A. Kitaigorodskii // J. Geophys. Res. – 1964. – 69, № 24. – P. 5181–5190.
  10. Hasselmann K., Barnett T. P., Bouws E., et al. Measurements of wind-wave growth and swell decay during the Joint North Sea Wave Project (JONSWAP) // Dtsch. Hydrogr. Z. – 1973. – 8, № 12. – Р. 95.
  11. Ефимов В. В., Полников В. Г. Численное моделирование ветрового волнения. – Киев: Наукова думка, 1991. – 240 с.
  12. Komen G., Cavaleri L., Donelan M., et al. Dynamics and modelling of ocean waves. – Cambridge University Press, 1994. – 532 p.
  13. Toba Y. Local balance in the air-sea boundary processes. 1. On the growth process of wind waves // J. Oceanogr. Soc. Japan. – 1972. – 28, № 3. – P. 109–121.
  14. Donelan M. A., Hamilton J., Hui W. H. Directional spectra of wind generated waves // Phil. Trans. R. Soc. London. – 1985. – A315. – P. 509–562.
  15. Phillips O. M. Spectral and statistical properties of the equilibrium range in wind-generated gravity waves // J. Fluid Mech. – 1985. – 156. – P. 505–631.
  16. Лейбо А. Б., Лейкин И. А. Об экспериментальном исследовании нелинейных взаимодействий в спектре ветровых волн // Докл. АН СССР. – 1981. – 258, № 5. – С. 1212–1215.
  17. Лейкин И. А., Показеев К. В., Розенберг А. Д. Об эффекте превышения в спектре развивающихся ветровых волн // Докл. АН СССР. – 1983. – 270, № 6. – С. 1474–1478.
  18. Полников В. Г., Федотов А. Б. Эффекты нелинейности в спектре поверхностных гравитационных волн // Изв. АН СССР. ФАО. – 1983. – 19, № 3. – C. 330–332.
  19. Weber B. L., Barric D. E. On the nonlinear theory for gravity waves on the ocean’s surface. 1. Derivations // J. Phys. Oceanogr. – 1977. – 7, № 1. – P. 3–10.
  20. Бендат Д., Пирсон Л. Измерение и анализ случайных процессов. – М.: Мир, 1974. – 436 с.
  21. Захаров В. Е., Филоненко Н. Н. Спектр энергии для стохастических колебаний поверхности жидкости // Докл. АН СССР. – 1966. – т. 170, № 6. – С. 1292–1295.
  22. Захаров В. Е., Заславский М. М. Форма спектра энергонесущих компонент водной поверхности в слаботурбулентной теории ветровых волн // Изв. АН СССР. ФАО. – 1983. – 19, № 3. – С. 282–291.
  23. Kitaigorodskii S. A. On the theory of the equilibrium range in the spectrum of wind-generated gravity waves // J. Phys. Oceanogr. – 1983. – 13, № 5. – P. 816–827.

Файлы

 Полный текст (русский)

Мы используем Яндекс Метрику. Подробнее.