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第２５卷第４期浙江海洋学院学报（自然科学版）Ｖｏ１．２５Ｎｏ．４

２００６年１２月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＺｈｅｊｉａｎｇＯｃｅａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）Ｄｅｃ．，２００６

文章编号：１００８—８３０Ｘ（２００６）４０—０４１０—０４

三维随机海浪模拟研究

施伟ｔ，侯海平２

（１．海军９２９１０部队司令部指挥所，浙江舟山３１６０００；２．海军潜艇学院，山东青岛２６６０７１）

摘要：三维随机海浪的模拟对于研究海浪的本质特征以及海浪对船舶结构物的作用等问题有重要意义。讨论了基于

海浪谱特性模拟海浪的方法，对线性叠加原理的两种方法（频率等分法和能量等分法）的优缺点进行了分析，采用能量等分

法对三维随机海浪进行了模拟，并给出了三维随机海浪的仿真结果。

关键词：海浪谱；海浪模拟；线性叠加；能量等分法

中图分类号：ＴＰ３９１，９文献标识码：Ａ

ＳｔｕｄｙｏｎＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆ３一ＤＲａｎｄｏｍＷａｖｅｓ

ＳＨＩＷｅｉ，ＨＯＵＨａｌ－ｐｉｎｇ￣

（１．ＣｏｍｍａｎｄＰｏｓｔｏｆＨｅａｄｑｕａｒｔｅｒｓ，Ｎａｖｙ９２９１０Ｔｅａｍ，Ｚｈｏｕｓｈａｎ３１６０００；

２．ＮａｖｙＳｕｂｍａｒｉｎｅＡｃａｄｅｍｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６０７１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆ３－Ｄｒａｎｄｏｍｗａｖｅｓｐｌａｙｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｓｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅｉｎｔｒｉｎｓｉｃｃｈａｒａｃ—

ｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｗａｖｅａｎｄｉｔｓｉｍｐａｃｔｓｏｎｔｈｅｓｈｉｐｓ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｗａｖｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｗｈｉｃｈｉｓ

ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｗａｖｅｓｐｅｃｔｒｕｍｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，ａｎｄａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｈｅｔｗｏｌｉｎｅａｒ

ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅｅｑｕｉ－ｅｎｅｒｇｙｄｉｖｉｄｅｄｍｅｔｈｏｄｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆ３－Ｄｒａｎｄｏｍｗａｖｅｓａｎｄ

ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅ３－Ｄｒａｎｄｏｍｗａｖｅｓａｒｅａｌｓｏｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗａｖｅｓｐｅｃｔｕｒｍ；ｗａｖｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｌｉｎｅａｒａｃｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄ；ｅｑｕｉ－ｅｎｅｒｇｙｄｉｖｉｄｅｄｍｅｔｈｏｄ

海浪作为一种风生重力波，是人们十分熟悉的海洋现象。实际海洋中的海浪非常复杂，产生风浪的风

力大小和方向相对于时间和空间不断变化，因此海浪可视为一个随机过程。关于海浪的模拟近年来的研究

比较广泛，一般是通过水槽实验模拟二维随机海浪，但由于三维随机海浪的模拟非常复杂，对三维随机海

浪的模拟较少［】１。海浪状态的模拟一般由流体动力学方程组Ｎａｖｉｅｒ—Ｓｔｏｋｅｓ方程组通过一系列近似和简化

用数值方法求解流场来实现【２】，或是依据海浪的数学模型和海浪的频谱特性，用线性叠加法或线性滤波法

进行仿真嘲。笔者根据线性叠加法对三维随机海浪进行了模拟，针对某种海面状态给出了海浪频谱的采样

频率分布，并给出了三维随机海浪的仿真结果。

１海浪谱描述

海浪谱是随机海浪的一个重要统计性质，它包含着较丰富的海浪二阶信息。描述了海浪组成波能量相

对于频率和方向的分布。海浪模拟首先要根据当地风速场选取合适的海浪谱，海浪谱的选取要针对所使用

的分析方法，综合计算精确度与时间花费