畸形波_freakwave_VIP专享VIP免费

文章编号:100529865(2002)0420105204畸形波(freakwave)杨冠声,董艳秋,陈学闯(天津大学建筑工程学院,天津300072)摘要:在分析国外研究成果的基础上,简单介绍了“畸形波”的几个基本问题,如“畸形波”的定义、发生的海域、发生的机理等。关键词:波浪;畸形波;非线性波;极值波中图分类号:P731.22文献标识码:AFreakwaveYANGGuan2sheng,DONGYan2qiu,CHENXue2chuang(DepartmentofArchitecturalEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)Abstract:Thispaper,basedonrelevantresearchachievementsinforeigncountries,introducesseveralbasicpointsaboutfreakwave,suchasthedefinitionofit,theoceanareasitappearsanditsmechanism.Keywords:wave;freakwave;nonlinearwave;extremewave收稿日期:2001211219作者简介:杨冠声(1969-),男,河南新乡人,讲师,博士生,主要从事船舶和海洋结构动力研究。1965年DraperL首次提出了“畸形波”(freakwave)的概念[1]。此后,越来越多的学者和工程人员开始注意这一现象,认同这一提法,有的把它叫做“凶波”(roguewave)或“巨波”(giantwave)。几十年来,对它的讨论和报道越来越多,但由于畸形波大多在未知和不可预料情况下出现,可靠的测量和分析结果非常少,进而导致对其发生机制研究和定义的不完善。畸形波最直观的特点是具有超常的波高,大多数学者和工程人员从波高的角度对它进行定义,即认为波高大于有义波高2倍(或2.2倍)的单波可以称为畸形波[2-5]:H>2Hs(或H>212Hs)图1给出了1995年1月北海挪威海域一个观察到的所谓畸形波的测量记录[6]。记录中的最大波高为25.6m,相应的有义波高为10.8m,二者之比达到2.36。一些学者认为畸形波是一种独特的自然现象,在承认上述条件的前提下,认为畸形波的波峰大于波谷,波峰高应大于波高的0.65倍[6,7]。另外,PaulCLiu根据1986～1990年间对日本海观测资料,用小波变换分析法得到了六个畸形波。他发现在六个波谱中出现畸形波时,能量密度明显增大,认为波谱分析也许是一种对畸形波进行定义的有效工具。但他同时提到并非所有文献中记录的畸形波都符合这一特点,认为畸形波可能分为不同种类[8]。1关于“畸形波”的记录“畸形波”这种偶然出现的异常波,对海船及海上建筑带来的危害,许多年来已经为人们所关注,但精确的观测结果还很少。畸形波造成的危害,比较引人注目的是1984年北海挪威海域Ekofisk油田2Π4-A平台的损毁事故。该事故中,平台控制室的墙壁被波浪击毁,生产停顿了24h,波峰高度估计达到平均海面20m第20卷第4期2002年11月海洋工程THEOCEANENGINEERINGVol120No14Nov.2002以上[9]。图1北海挪威海域16Π11-E10分钟波高记录Fig.1Tenminuteswaveelevationtimeseriesat16Π11-EinNorwegiansectorofNorthSea除实验室生成的以外,关于畸形波比较可靠的记录多集中于以下海域:1)南非东南海域。该海域因大量存在畸形波而闻名,许多船只因此失事[10]。这里有西南方向的Agulhas海流经过,并经受来自东北方向的强风影响。Lavrenov在这里收集到了13个关于畸形波的记录[11]。2)北海。这里没有明显的海流通过。表1列出了Sand等人在1969至1985年观测到的9个畸形波记录[12]。表中Gorm油田位于北海丹麦海域,Ekofisk油田2Π4-A平台的损毁事故发生在北海挪威海域。表1畸形波记录Tab.1Freakwaverecords地点hΠmHsΠmHmaxΠmHmax/Hs时间Hmax/Hs(理论值)GormField,DK406.817.82.619811.97GormField,DK407.816.52.119811.97Ekofisk,N70-20～22>2.51984-GormField,DK405.012.02.419841.97GormField,DK405.011.32.319841.97GormField,DK405.011.02.219841.97GormField,DK404.813.12.719841.97Hanstholm,DK2026-7319851.59Hanstholm,DK403.57.62.219851.593)日本海。日本运输部船舶研究协会在日本海Yura渔港3km处利用超声波仪器对波浪进行了测量。测量水深为43m,采样频率为1Hz,共得到5组数据,每组数据包含20～40h以上的连续记录。PaulCLiu和NobuhitoMori研究了1986到1990年间的记录,从中发现了6个畸形波[8]。畸形波发生频率很低及发生的不确定性,是在实际海域中观测记录较少的直接原因。文献中的这些记录,均是对某一点的时域观测,缺少畸形波的发展记录。2发生...