畸形波是一種包含在隨機波列當(dāng)中的單個異常大波浪,具有明顯的非線性特征,持續(xù)時間短,能量集中,破壞力驚人。目前關(guān)于畸形波生成機理有多種假設(shè),其能夠解釋特定條件下畸形波產(chǎn)生,但是不規(guī)則波列中畸形波產(chǎn)生機理,仍未得到明顯直接的解釋。本文通過對不規(guī)則波列大量畸形波的實驗數(shù)據(jù)進行分析,得出了波群間相互作用是畸形波產(chǎn)生的重要機理�；诖藱C理,設(shè)計了雙波群聚焦形成畸形波的實驗,并通過小波變換、傅里葉變換以及組成波分離等方法,分析了畸形波產(chǎn)生過程中波群的演化特征、頻譜特征、波群組成成分之間的高階相互作用。并在此基礎(chǔ)上,研究了波浪破碎的特性。本文首先對單向不規(guī)則波列中畸形波的形成過程進行分析,觀察和歸納畸形波產(chǎn)生機制。結(jié)果表明:畸形波在形成時,可能存在不同的機制,除了 B-F不穩(wěn)定性機制外,雙波群作用也可以產(chǎn)生畸形波。然后,利用兩個單聚焦波群疊加,實驗?zāi)M了雙波群聚焦產(chǎn)生畸形波的過程,并通過組成波分離的方法分析了波群間相互作用。實驗結(jié)果分析表明:波群演化過程中,雙波群間的三階非線性作用對畸形波形成起到重要作用,其改變了波浪色散關(guān)系,增大聚焦波幅。并且波群譜峰頻率寬度越小,三階非線性作用越明顯,表明波群間頻率寬度越小,越容易產(chǎn)生畸形波。最后,基于雙波群聚焦機制開展波浪破碎實驗,初步研究該機制下破碎波浪的特性。結(jié)果表明:在波群演化形成波浪破碎時,其破碎情況與兩波群的中心頻率之間寬度Δf有關(guān),當(dāng)中心頻率差別越大,聚焦位置前后會發(fā)生至多兩次不同強度的破碎。且破碎過程中的能量損失主要來自高頻波群,破碎后,波群演化能量重新分布,低頻波群譜峰能量逐漸向高頻波群轉(zhuǎn)移,低頻譜峰能量減小。兩譜峰之間能量變化最顯著,破碎時能量減小,破碎后波群演化過程中迅速恢復(fù)。本文研究成果有助于進一步揭示不規(guī)則波列中畸形波產(chǎn)生和波浪成長機理。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：P731.22
【部分圖文】：

在北海Ｄｒａｕｐｎｅｒ石油平臺采集到了一組包含畸形波的坡面記錄。監(jiān)測的波高為２５．６ｍ，逡逑１２００ｓ長的觀測記錄顯示當(dāng)時的有效波高是１１．９２ｍ，波峰值１８．４ｍ，７Ｋ深７０ｍ，此畸形逡逑波的特征周期１２ｓ，則按照線性色散關(guān)系可以得出此畸形波波長為２２０ｍ。圖１．１為“新逡逑年波”時間．序列：逡逑２０邋—逡逑ＩＩ，一逡逑＾罐秦｜１｜４逡逑＊■重０邐＿邐Ｉ邐＇邐Ｉ邐１邐Ｉ邐１邐Ｉ邐１邐Ｉ逡逑Ｏ邐４邐Ｈ邐１２邐１６邐２０逡逑ｔｉｍｅ邋（ｍｉｎ）逡逑圖１．１邋發(fā)生在北海的“新年波”波而時間序列逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｔｉｍｅ邋ｒｅｃｏｒｄ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋—Ｎｅｗ邋Ｙｅａｒ邋ｗａｖｅ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋Ｎｏｒｔｈ邋Ｓｅａ逡逑２００１年在南大西洋，ＭＳ邋Ｂｒｅｍｅｎ和Ｃａｌｅｄｏｎｉａｎ邋Ｓｔａｒ遇到３０米高的畸形波，這使逡逑得船的窗戶被砸碎，幾乎所有的電源和儀器儀表也被破壞了。逡逑２００５年４月１６日，“挪威之光”號船在惡劣天氣駛?cè)敫耵敿獊喓０稌r，遇到大約逡逑三英尺高（２１．３４米）的畸形波。不僅第九和第十層甲板被損壞，且很多甲板被淹沒《逡逑由于畸形波的發(fā)生是個偶然事件，其時間和地點均難以預(yù)測，因此目前還沒有準確逡逑有效的方法對海洋中的畸形波進行主動的追蹤觀測和記錄。也正因為現(xiàn)場觀測資料非常逡逑有限，畸形波的生成機理仍未十分確定，其影響因素和生成機理的進０步研宄還需要更逡逑多、更詳細的實測數(shù)據(jù)和實驗研究。逡逑１．２．２畸形波的形成機理逡逑從畸形波的觀測記錄可以發(fā)現(xiàn)

￡邐八邐７＃邋（２７．５ｍ）逡逑＾邐、一邐７邐－＾？逡逑／ｖ邐８＃邋（３０ｍ）逡逑￣邋＾邋、－—邋—逡逑９＃邋（３２．５ｍ）逡逑？￣－—？＜￣＾－邋—邋—邐－邐■＊＾＊￣ｓ？－邐＿■邋ｉ＿ｉ一丨－—逡逑１０＃邋（３５ｍ）逡逑ＩＱ邋ｔ￣？＂＞邋邐邐邐邐邐—邋邋邐邐邐邐邋，邋一邋Ｚ■■—＂’邋＞＊＇Ｎ＇邋邐邐邐逡逑／Ｖ邐１１＃邋（４０ｍｌ逡逑Ｑ邋ｘ—＾邋—Ｉ邋ｒｎ邋？邋＾邋１邐Ｋ＂邋＇？邋Ｉ邐邐１邐，邋｝／＾邋＞ｓ＾ｉ邋＾邋—，邐１邋－＞邋／＊＞＾逡逑１００邐１１０邐１２０邐１３０邐１４０邐１５０邐１６０邐１７０邐１８０邐１９０邐２００逡逑Ｔｉｍｅ（ｓ）逡逑（ｂ）小波能量過程線逡逑圖２．１實驗中某段波而的演化過程以及小波能量演化過程（Ｃ９－０４，ＢＦＩ＝０．８７，７＞＝１．０ｓ，邋ｆ＝７）逡逑Ｆｉｇ．２．１邋Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｗａｖｅ邋ｔｒａｉｎ邋ａｎｄ邋ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ邋ｗａｖｅｌｅｔ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｈｉｓｔｏｒｉｃａｌ邋ｌｉｎｅ邋ｉｎ邋ｔｈｉｓ逡逑ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ邋（Ｃ９－０４，ＢＦＩ＝０．８７，Ｊ＾＝１．０ｓ，邋ｙ＝７）逡逑圖２．２給出幾個典型位置的小波能譜，圖中良線為對應(yīng)的波面過程線。從圖中可楚看到在畸形波形成前ｘ＝１０ｍ處，波群中存在一系列大波，這些波能量頻譜比較接近。逡逑著波浪的傳播，逐漸自聚焦，能量越來越集中，形成一個大波。這個過程與現(xiàn)有的性調(diào)制不穩(wěn)定機制形成額畸形波演化過程十分相似，初步認為是由該機制產(chǎn)生的。逡逑

Ｆｉｇ．２．１邋Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｗａｖｅ邋ｔｒａｉｎ邋ａｎｄ邋ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ邋ｗａｖｅｌｅｔ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｈｉｓｔｏｒｉｃａｌ邋ｌｉｎｅ邋ｉｎ邋ｔｈｉｓ逡逑ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ邋（Ｃ９－０４，ＢＦＩ＝０．８７，Ｊ＾＝１．０ｓ，邋ｙ＝７）逡逑圖２．２給出幾個典型位置的小波能譜，圖中良線為對應(yīng)的波面過程線。從圖中可以逡逑清楚看到在畸形波形成前ｘ＝１０ｍ處，波群中存在一系列大波，這些波能量頻譜比較接近。逡逑隨著波浪的傳播，逐漸自聚焦，能量越來越集中，形成一個大波。這個過程與現(xiàn)有的非逡逑線性調(diào)制不穩(wěn)定機制形成額畸形波演化過程十分相似，初步認為是由該機制產(chǎn)生的。逡逑Ｔｉｍ？（ｓ）邐Ｔｉｍｒｔｓｌ逡逑餐呡襲：嫇避藏呡毒襄逡逑°１５８邐１５９邐１６０邐１６１邐１６２邐１６３邐１６４邐１６５邐１６６邐１６７邋ｌｅｉＰ邐１６９邐１７０邐１７１邐１７２邐１７３邐１７４邐１７６邐１７６邐１７７邐１７８邐１７９逡逑ＴｉＢＭｔ）邐ＴｒｎｗｆｓＯ逡逑圖２．２距離造波板不同距離處波群的小波能譜（Ｃ９－０４，ＢＦＩ＝０．８７，７＞＝１．０ｓ，邋ｒ＝７）逡逑Ｆｉｇ．２．２邋Ｗａｖｅｌｅｔ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｓｐｅｃｔｒｕｍ邋ｏｆ邋ｗａｖｅ邋ｇｒｏｕｐｓ邋ａｔ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｄｉｓｔａｎｃｅｓ邋（Ｃ９－０４

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本文編號：2825420