浅海波浪频谱模式之建立

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1、淺海波浪頻譜模式之建立郭一羽1簡仲璟2溫博文3摘要以台灣近岸海域8個測站的長期波浪觀測資料，求出個別的波譜型態，並利用Pierson-Moskowitz波譜、TMA波譜及WALLOPS波譜來加以描述，得知JONSWAP波譜並不適用於淺水波譜。若使用經驗參數來描述時（地域性波譜）則以Pierson-Moskowitz波譜最為接近實際海洋波譜形狀，而且Pierson-Moskowitz地域性波譜並不需要任何的設計波浪的條件便能決定，使用上亦極為方便，因此建議採用之。AstudyontheSpectru

2、mModelofNearshoreWaterWavesinTaiwanYi-YuKuoChung-ChingChienBor-WenWenABSTRACTByusingthelong-termobservationaldatafromthewavestationsofthenearshoreofTaiwan,thewavespectralformswereinvestigated.UsePierson-MoskowitzspectrumandTMAspectrumtodescribethemeas

3、uredspectra.TherelationshipbetweentheparameterofPierson-Moskowitzspectrumandthewaveconditionsisnotwell.AstotheTMAspectrum,onlyPhillip'sconstanthascloserelationshipwiththewavesteepness.TheJONSWAPspectrumdoesnotfitinshallowwaterwavespectrum.Thelocalwave

4、spectrummodelofthetypeofthePierson-Moskowitzspectrumisclosesttotherealoceanwavespectrum,sothatPierson-MoskowitzspectrumandTMAspectrumoflocalwavespectrumarebetterthantheWALLOPSspectrum.Thereislittledefferencebetweenthelocalwavespectrumandthespectrumbyf

5、itting.Themodelofthelocalwavespectrumcanbedecidedwithoutanywaveconditions,sothatitisveryconvenienttouse.一、緒論海洋波浪的運動是一種隨機性的運動。敘述此種不規則運動最常用的是示性波法與頻譜分析法。依以往學者的研究已知其有固定常用的幾種頻譜模式可供應用。然而當波浪由深水至淺水時非線性的影響增大，波譜理論就變得較為複雜，主要原因乃是淺海頻譜的形狀及力學機構均較深水波浪複雜。1.國立交通大學土木工程學

6、系教授2.台灣省交通處港灣技術研究所研究員3.國立交通大學土木工程學系碩士欲討論和掌握淺海頻譜形狀的變化，必須考慮波浪淺化變形以及非線性能量轉移。以往Chien＆Kuo(1994)的研究曾對淺水波譜之非線性特性做了深入的研究，認為中度水深淺水波的波譜，大部份的時候仍能滿足線性理論。又根據郭等人的研究，利用實驗水槽之單一方向不規則波浪做為研究對象，在等水深淺水區，只要水深固定，類似於深水波的狀況，其無因次化頻譜形狀仍具有相似性存在，但隨著水深的減少，頻譜形狀趨於平緩。由Kuo＆Chien(1993)

7、的研究，提出了台灣近海各海域之地域性波譜模式，認為各地之波譜斜率係為一定值(因風向、地形不變之故)，但分析過程過於粗略，故本次研究擬再進一步對此加以詳細探討。三、資料來源及處理3.1資料蒐集本文現場資料乃是利用涵蓋台灣近岸海域：花蓮、外傘頂、興達、鼻頭角、成功、觀音、台西及台中等8個測站的長期資料，進行分析，並加以研究探討，茲將各測站之基本資訊，依序分述如下：3.1.1花蓮測站花蓮測站是由港灣技術研究所，以浮球式波浪儀進行波浪觀測。花蓮測站觀測地點水深30公尺、離岸500公尺。表1各測站地域性標準

8、波譜模式參數測站參數鼻頭角花蓮成功興達觀音外傘頂洲8.59.57.55.511.015.01.71.81.61.12.23.0花蓮測站使用資料，係由1991年5月至1993年4月間的觀測結果中，取得已經由篩檢出具較大波高共15組資料，作為研究分析之用。確定資料正確後，將每筆資料分別對各樣本做快速傅立葉轉換(F.F.T.)，求得波高之能量頻譜，再做樣本平均。波高之能量頻譜定義如下：（3）其中：代表樣本平均：時間訊號之傅立葉係數：之共軛複數每隔兩小時觀測一次，每次記錄水位變化20分鐘，