降雨是常見的大氣現(xiàn)象,在海表面特征量的研究中,降雨的影響不可忽略,特別是對(duì)衛(wèi)星高度計(jì)數(shù)據(jù)反演海面風(fēng)速的研究中,海面粗糙度的變化會(huì)影響雷達(dá)返回?cái)?shù)據(jù)從而影響風(fēng)速估算的準(zhǔn)確性。自然界中,由于風(fēng)場(chǎng)和重力的作用,雨滴對(duì)海-氣界面會(huì)產(chǎn)生水平和鉛直方向上的動(dòng)量和質(zhì)量輸入,因此降雨過(guò)程必然會(huì)對(duì)海面粗糙度、海面風(fēng)應(yīng)力等產(chǎn)生影響。早期的海洋學(xué)家認(rèn)為,降雨可以讓海面趨于平靜,之后的研究發(fā)現(xiàn),降雨對(duì)海面波浪的影響是雙重的:在重力波頻段,降雨使波浪衰減,但在毛細(xì)波/毛細(xì)重力波頻段,降雨則促進(jìn)波浪成長(zhǎng)。然而降雨如何影響海面粗糙度和海面應(yīng)力還存在著很大爭(zhēng)議,對(duì)海浪譜微結(jié)構(gòu)的影響機(jī)制還不清楚。 本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的方法,對(duì)降雨對(duì)海面粗糙度以及風(fēng)浪和涌浪成長(zhǎng)的影響進(jìn)行了初步的分析。實(shí)驗(yàn)中在風(fēng)浪槽內(nèi)采用造波板制造單頻的機(jī)械造波,用不同的風(fēng)速吹風(fēng)形成風(fēng)浪,以及在降雨區(qū)前將風(fēng)從導(dǎo)出水槽的方式形成涌浪三種方式模擬海面波浪;將人工降雨模擬裝置安裝在水槽中部的上方模擬自然條件下的降雨。為了探討不同降雨區(qū)長(zhǎng)度和降雨強(qiáng)度對(duì)波浪的影響,實(shí)驗(yàn)時(shí)首先固定降雨強(qiáng)度,將降雨區(qū)長(zhǎng)度設(shè)定為2m、4m和6m三種情形,然后將雨區(qū)長(zhǎng)度固定為4m,將降雨強(qiáng)度設(shè)定為90,112.5,135 mm hr~(-1)三種情況,分別用高頻多普勒流速儀ADV、鉭絲波高計(jì)以及皮托管測(cè)量分別測(cè)量三維流動(dòng)、波面位移和水面上不同高度的風(fēng)速,對(duì)降雨前后波浪譜形、波浪總能量和海面粗糙度的變化進(jìn)行了分析。 作者根據(jù)波高計(jì)記錄的波面位移數(shù)據(jù)計(jì)算了海浪譜,初步討論了降雨對(duì)波浪成長(zhǎng)的影響,對(duì)同一頻率的機(jī)械波、同風(fēng)速下的涌浪和風(fēng)浪在不同降雨情況下的變化進(jìn)行了比較,分析結(jié)果表明:在低風(fēng)速下降雨對(duì)波浪譜形有較為明顯的影響,而在高風(fēng)速下降雨對(duì)風(fēng)浪和涌浪的成長(zhǎng)影響不明顯。從總體來(lái)看,低風(fēng)速時(shí)降雨對(duì)高頻波有增強(qiáng)效應(yīng),而對(duì)低頻波有抑制作用。對(duì)單位面積內(nèi)波浪總能量和有效波高的分析發(fā)現(xiàn):機(jī)械波部分,降雨使波浪總能量增加,波浪總能量和平均波高隨雨區(qū)長(zhǎng)度的增大而增大;對(duì)于涌浪,波浪總能量在降雨時(shí)減小,且隨雨區(qū)長(zhǎng)度的增加和降雨強(qiáng)度的增大而減小;風(fēng)浪部分降雨強(qiáng)度較大時(shí),中低風(fēng)速下波浪總能量增大,高風(fēng)速時(shí)則相反;降雨強(qiáng)度較小時(shí)風(fēng)浪總能量在低風(fēng)速下變化不大,高風(fēng)速時(shí)隨降雨強(qiáng)度的增大而減小。利用海浪功率譜計(jì)算海面均方波陡從而對(duì)海面粗糙度的分析發(fā)現(xiàn),涌浪部分降雨使海面粗糙度減小,而風(fēng)浪的情形風(fēng)速較大時(shí)粗糙度的變化很小。
【學(xué)位單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2009
【中圖分類】：P426;P731.2
【文章目錄】：
摘要
Abstract
目錄
第一章 緒論
    1.1 研究意義
    1.2 關(guān)于降雨影響的研究
    1.3 本文研究?jī)?nèi)容和方法
第二章 降雨對(duì)表面波結(jié)構(gòu)的影響及機(jī)制
    2.1 降雨引起的垂向混合
        2.1.1 混合作用的理論分析
        2.1.2 關(guān)于混合深度的研究
        2.1.3 各參量對(duì)波浪衰減的影響
    2.2 雨滴與表面波的動(dòng)量交換
        2.2.1 垂向動(dòng)量交換
        2.2.2 降雨產(chǎn)生的水平應(yīng)力
    2.3 毛細(xì)波的產(chǎn)生與粗糙度
    2.4 降雨對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)反演風(fēng)速的影響
        2.4.1 高度計(jì)對(duì)海面波高的測(cè)量
        2.4.2 高度計(jì)對(duì)海表風(fēng)速的反演
        2.4.3 降雨對(duì)高度計(jì)測(cè)量結(jié)果及風(fēng)速反演的影響
第三章 數(shù)據(jù)處理方法
    3.1 風(fēng)應(yīng)力的定義與風(fēng)速數(shù)據(jù)的處理
        3.1.1 海面風(fēng)應(yīng)力的原始定義
        3.1.2 測(cè)量海面風(fēng)應(yīng)力的三種方法
        3.1.3 風(fēng)速數(shù)據(jù)的處理
    3.2 波浪數(shù)據(jù)的處理
        3.2.1 相關(guān)函數(shù)法
        3.2.2 周期圖法
        3.2.3 與譜相關(guān)的特征量的計(jì)算
    3.3 海面粗糙度與相關(guān)參量的計(jì)算
        3.3.1 海面粗糙度的計(jì)算方法
        3.3.2 均方波陡的計(jì)算
    3.4 海浪波組分間的非線性相互作用
第四章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
    4.1 實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介
        4.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備
        4.1.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集
        4.1.3 觀測(cè)數(shù)據(jù)說(shuō)明
    4.2 降雨對(duì)海浪譜的影響
        4.2.1 同頻率機(jī)械波功率譜的比較
        4.2.2 同風(fēng)速下涌浪功率譜的比較
        4.2.3 同風(fēng)速下風(fēng)浪功率譜的比較
    4.3 降雨對(duì)波浪總能量的影響
        4.3.1 降雨對(duì)機(jī)械波的影響
        4.3.2 降雨對(duì)涌浪的影響
        4.3.3 降雨對(duì)風(fēng)浪的影響
    4.4 降雨對(duì)海面粗糙度的影響
        4.4.1 雨區(qū)長(zhǎng)度的影響
        4.4.2 降雨強(qiáng)度的影響
    4.5 實(shí)驗(yàn)分析中的干擾因素
        4.5.1 兩測(cè)點(diǎn)處觀測(cè)值的不同
        4.5.2 波組分間的非線性相互作用
        4.5.3 Doppler效應(yīng)的影響
第五章 結(jié)論與展望
    5.1 降雨對(duì)表面波影響的總結(jié)
        5.1.1 降雨對(duì)海浪譜的影響
        5.1.2 降雨對(duì)波浪總能量的影響
        5.1.3 降雨對(duì)表面粗糙度的影響
    5.2 本文不足與展望
參考文獻(xiàn)
致謝
個(gè)人簡(jiǎn)歷
發(fā)表的學(xué)術(shù)論文

【共引文獻(xiàn)】

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