波浪观测方法.docx

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波浪观测方法

波浪观测方法

观测方法分类

原理

优缺点

备注

光学式测波仪

利用水下发射光场和海面波高的相关性来测量波浪的一些物理参数。

在固定观测点通过专用望远镜观测随波浮动的浮标。

既可用望远镜中的网格估测波高，也可以通过传动装置把望远镜对浮标的跟踪运动传输给记录器，记录波浪运动的轨迹。

缺：

仍属目测范畴，准确度较低，且受主观因素影响较大，夜晚不能观测

优：

简单、使用方便，

望远镜与浮标的最大距离为1500米。

常用的有HABA-1和HAB-2型测波仪。

测波杆

（电阻和电容测波仪）

借助于桩柱、支架或中性浮标垂直固定于海中的测波标杆。

用目测的方法跟踪波面在标尺上的高低变化，称为目测测波杆；利用海水的导电性，通过电测方法测量测波杆浸泡于海水中的高度来测量波高的,称为电测测波杆,又称电接触式测波仪。

缺：

准确度较低，且受主观因素影响较大，但其性能随盐度改变从而影响仪器的率定，污染也是问题，需要常维护。

优：

简单、使用方便，具有高频响应，

易于安装

测波杆可长期定点连续观测，获取连续波形资料，做波谱分析

压力测波仪

安放在水下或海底的压力传感器测量海水压力的变化，再换算成波高，根据线性波理论，可得到波面与波动压力之间的关系

缺：

受海水滤波作用的影响，波动压力随着频率的增大沿水深严重衰减，不能准确地测量短期波

优：

安装在水下或海底，可避免海面大风浪的破坏

常用在浅海区，主要是记录长周期波。

自容式

声学测波仪

水下声学测波

利用置于海底的声学换能器垂直地向海面发射声脉冲，通过接收回波信号，测出换能器至海面垂直距离的变化，再换算成波高。

将ADCP放在水底，或者安装在水下浮式结构上，从水下向上看，可以记录自由表面的波动

缺：

受浪花和气泡的干扰，测量破碎波的准确度受到影响。

恶劣气候（如暴风雨）和波况（如破波）条件下，在水气交界处边界面并不十分清晰，导致波浪记录产生较为严重的噪声。

优：

安装在水下或海底，可避免海面大风浪的破坏。

高精度、易操作

测量涌浪的效果较好。

ADCP利用多普勒频移可以得到剖面流速，通过计算流速之间的交叉谱，利用最大似然算法可以得到方向谱

ADCP可用到水深50m处，取得可信的量测精度

自容式

水上测波-气介式声学测波

安装在各种海上平台上，传感器垂直向下发射声脉冲，测量传感器至水面的距离。

缺：

受波浪破碎而产生的飞溅以及大雨的影响，使用这种仪器时不同发射频率对样本的质量也有不同的影响

优：

该仪器不存在波浪浮筒的随波性问题，也不存在压力式波浪仪由压力波反演海面波的传递函数不准确的问题。

重力测波仪

（浮标观测）

用随波运动的浮体内的加速度计测量海水质点沿重力方向的加速度，经二次积分后求得波高。

浮标搭载着加速度计与倾角计量测水粒子的运动，藉由所测得之垂直加速度、东西及南北向倾角求出波浪参数与波谱

优：

能较真实地测出表面波参数，没有设置水深的限制，是远洋深海测波的主要手段。

有走航测量的优点，还可以获取大风浪条件下海浪的资料。

模块化设计，系统易于维护，通信方式灵活，具有以为及时报警功能，联系工作时间长，电池可重复利用

分船用和浮标用两类，船用的包括重力加压力、重力加超声波、重力加雷达三种；浮标用的记录方式分为自记式、发报式和电缆传输式三种。

太空波浪测量

将GPS接收器安装于海上浮标上，由接收器接收卫星所发射的无线电波，由无线电波行径的时间或波数，可以定位出接收器的位置坐标，以GPS的讯号量测浮标体的运动，进而求取波浪参数。

中雷达高度计可以测量出海面有效波高；合成孔径雷达（SAR）可以测量有效波高和海浪方向谱

缺：

必须在有非常高密度的GPS基准站的条件下才能进行

GPS讯号中偶尔出现讯号漏损现象，影响波浪分析结果的准确，雷达高度计用于海岸地区因其空间变化较大，轨迹所复盖的范围和重复性都是相对程式化的，不能获得波浪周期和方向

优：

适用于各种海况，不需要岸上基准站，也不需要卫星运动信息，使用单一的GPS接收器即可进行波浪

量测，是未来具有潜力的波浪量测工具。

使用步骤：

1）撷取GPS速度讯号；2）侦测与滤除GPS讯号漏损数据；3）利用傅立叶变换分析法计算垂直速度谱；4）速度谱转换为水位谱；5）计算示性波高与平均周期；6）利用有限傅立叶级数法计算方向波谱。

遥感测波仪

无线电反射波法

根据接收到的几个劳兰台无线电反射波信号的强弱确定波高,根据多普勒频移的方向判断波向;

雷达波长通常在厘米范围内，只有非常小的水波才反射雷达波（由风、流、或由破碎产生的毛细波，其它表面张力波），但较长的波中水质点运动的轨迹，在波峰处略短于波谷处

航空摄影法

利用激光平行光线照射从飞机垂直向下拍摄的全息照片，通过傅里叶变换透镜形成夫琅和费衍射图象，再用光电读出器测出波浪的方向和能量。

优：

大面积快速测波

缺：

由于水面的变化，通常需要运行两架飞机，使用两个照像机同时拍照。

光学式测波仪电阻和电容测波仪浮标观测

SBF3-1型波浪浮标遥测系统

•是一种无人值守的，可用于近海波高、波向和水温监测的小型浮标测量系统。

•该类型浮标主要用于沿岸海洋环境监测台站中对常规波浪观测工作和近海海洋环境工程的监测工作中，同时也可在海洋调查船上随船使用。

产品特点：

•模块化设计，系统易于维护；

•通信方式灵活，VHF或CDMA/GPRS三种通信方式可选；

•具有移位及时报警功能，安全性好；

•连续工作时间长，电池可重复利用并可快速充电。

主要技术指标：

波高

Ø波高测量范围：

0.2m～25m；

Ø测量准确度：

±（0.1+5％H），H为实测波高值；

波周期

Ø波周期测量范围：

2s～30s；

Ø测量准确度：

±0.25s；

波向

Ø波向测量范围：

0°～360°；

Ø测量准确度：

±10°（以室内标定为准）；

水温

Ø测量范围：

-5℃～+35℃；

Ø测量准确度：

±0.1℃；