有限水深下溢油海面的仿真方法
2023-10-09 15:39:14 3
專利名稱：有限水深下溢油海面的仿真方法
技術領域：
本發明屬於微波海洋遙感技術領域，具體涉及一種有限水深下溢油海面的仿真方法。
背景技術：
合成孔徑雷達(SAR，synthetic aperture radar)作為一種全天時、全天候和高解析度微波遙感技術得到了快速發展，在海面溢油監測方面已發揮了積極的作用。高虛警率問題一直是SAR海面溢油監測系統的難點，儘管已提出了許多種SAR溢油識別方法，但該問題仍未得到徹底的解決。溢油海面的仿真是SAR溢油監測系統的一個重要環節，將對SAR 溢油識別方法的研究起到一定的促進作用，從而可改進SAR溢油識別的準確率。溢油海面的仿真主要涉及兩個過程一是海面的建模，大致可分為物理模型和幾何模型兩種方法；物理模型是以流體力學方程為基礎，建立了深水表面波理論、小振幅波理論以及有限振幅波理論；通常採用數值方法求解，需要做穩定性分析，該方法模擬的海面逼真度較好，符合實際海面的運動，但它具有計算量大、效率低等缺點。幾何模型是通過對常見的幾何曲線(如三角函數、樣條函數)進行擬合來表示海面，其中，Fourier法是用不同頻率、幅度及相位的三角函數的線性組合來表示海面。由於其Rmrier係數與海浪譜之間有明確的物理關係，因此，基於經驗海浪譜法仿真海面在微波海洋遙感中廣泛採用，經驗海浪譜模型有Neumann海夕良譜、Bretschneider海夕良譜、Phillips海夕良譜、Pierson-Moskowitz 海浪譜、Fung&Lee海浪譜以及J0NSWAP海浪譜等。二是油汙與海面的相互作用，油汙會導致風與海面之間的摩擦力減小，因此，溢油海面的短重力波和毛細波將受到抑制和衰減。研究表明，溢油海面的海浪譜與清潔海面的海浪譜在高波數區域有明顯的區別，在此基礎上， 建立了 Marangoni理論。海面溢油一旦發生，油汙會隨著海浪、風、海流等向著近海岸傳播和擴散，此時，就需要考慮淺海地形或者水深對海面的影響。Franceschetti等在仿真SAR溢油海面原始信號時，採用了基於海浪譜和Marangoni理論的方法計算溢油海面，在該文中未考慮到海底地形或者水深的影響，因此，它不適合於近海岸的溢油情況(G. Franceschetti，A. Iodice, D. Riccio. SAR Raw Signal Simulaion of Oil Slicks in Ocean Environments. IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing,2002，40(9) :1935-1949)。
發明內容
本發明目的是針對現有技術存在的缺陷，提供一種有限水深下溢油海面的仿真方法。該方法結合不同的海浪參數、溢油參數及水深，可得到適合於有限水深下溢油海面的鉛直位移。本發明適用於近海岸微波海洋遙感中的溢油海面仿真。本發明為實現上述目的，採用如下技術方案本發明的有限水深下溢油海面的仿真方法，其特徵在於包括如下步驟步驟一、根據海洋環境參數，計算清潔海面的J0NSWAP頻域海浪譜S (ω)
J0NSWAP海浪譜的表達式為
權利要求
1. 一種有限水深下溢油海面的仿真方法；其特徵在於包括以下步驟 步驟一，根據海洋環境參數，計算清潔海面的J0NSWAP頻域海浪譜S (ω)JONSWAP海浪譜的表達式為^ ) = ^exp[-4(』)4]廣，其中，ω4 ω(ω—ω)2[0.07 ω0ωΜ ^1Ajf) ，《Ρ 為譜峰值角頻率，《 為海浪的角頻率，Y為峰升因子，S為峰形參量，g為引力常數，α為尺度係數，U為海面上IOm 處的風速，F為風區長度；步驟二，根據水深參數，計算有限水深下清潔海面的頻域海浪譜、_( )廠Π-1Jbh有限水深下清潔海面的海浪譜&_( ) = 8(ω) 1 + ——— Xmh2(Uh)，其中，h為水_ sinh(2M)深，k為海浪的波數；步驟三，根據溢油參數和Marangoni理論，計算有限水深下溢油海面的頻域海浪譜 Soil(")；f \溢油海面的海浪譜=+ ^，其中，q為海面溢油區域歸一化因子，I ρ(ω )JΡ(ω) = 1±2τ + 2τ2-Χ+Υ{Χ+Τ),τ= , ==為彈性模量，ν為運l±2r + 2r2_2Z + 2JT2 \2ωPilvm 4νρω動粘度係數，溢油的特徵角頻率，ρ為溢油的密度；步驟四，根據海浪的色散關係，對有限水深下溢油海面的頻域海浪譜轉換為波數域的海浪譜 Soil (km，kn)；海面波數進行網格離散化處理(km，kn)，km為海面在χ方向上的波數， , 2π / M、K = —--Xm= 1，2，K，M-I，即在χ方向上海面波數離散化M個點；1^為海面在, 2蓯,N、y方向上的波數，、=F(〃-i),n= 1，2，K，N-1，即在y方向上海面波數離散化N個點，其中，L1為海面在χ方向的長度，L2為海面在y方向的長度；計算每個網格點上的海浪波數kmn=^k2m+k2n和角頻率ω腿=jgkmn tanh(0) + $，則有限水深下溢油海面的波數域海浪譜Sml(KX) ={gtanh(O) + gkmnh[\- ^2(KM + 3gC /廠)}，其中，ζ 為溢油海面的表面張力；步驟五，根據有限水深下溢油海面的波數域海浪譜StjilGv kn)和Longuet-Higgins海浪模型，計算有限水深下溢油海面的鉛直位移(mO^y^)M N溢油海面的鉛直位移(Xj^) = Z ΣrImn exp j(kmx + k^-ω + φ ) + c.c.m=l n=\
全文摘要
本發明公布了一種有限水深下溢油海面的仿真方法。包括以下步驟先通過海洋環境參數，獲得清潔海面的JONSWAP頻域海浪譜；依據水深參數，計算有限水深下清潔海面的頻域海浪譜；然後，根據溢油參數和Marangoni理論，計算有限水深下溢油海面的頻域海浪譜；根據海浪的色散關係，對有限水深下溢油海面的頻域海浪譜進行波數域轉換，得到有限水深下溢油海面的波數域海浪譜；最後，根據有限水深下溢油海面的波數域海浪譜和Longuet-Higgins海浪模型，獲得有限水深下溢油海面的鉛直位移。本發明適用於近海岸微波海洋遙感中的溢油海面仿真。
文檔編號G06F17/50GK102508946SQ20111030721
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月10日 優先權日2011年10月10日
發明者奚彩萍, 楊永紅, 林明, 魏雪雲 申請人:江蘇科技大學