请写一个二维PM海浪谱的matlab程序,其中x方向距离为109000m,y方向距离为111000m,同时可设置海面风速
时间: 2023-12-10 08:40:12 浏览: 256
这里给出一个简单的二维PM海浪谱的matlab程序,其中假设海面风速为10 m/s:
```matlab
clc; clear all; close all;
% 常数定义
g = 9.81; % 重力加速度,单位m/s^2
N = 512; % 离散点数
Lx = 109000; % x方向距离,单位m
Ly = 111000; % y方向距离,单位m
dx = Lx/N; % x方向离散间距,单位m
dy = Ly/N; % y方向离散间距,单位m
kx = (2*pi/Lx)*[0:N/2-1 -N/2:-1]; % x方向波数
ky = (2*pi/Ly)*[0:N/2-1 -N/2:-1]; % y方向波数
[KX, KY] = meshgrid(kx, ky); % x-y方向波数矩阵
K = sqrt(KX.^2 + KY.^2); % 波数幅值矩阵
k = K(:); % 波数向量
dk = k(2) - k(1); % 波数间距
% 输入参数定义
U10 = 10; % 海面风速,单位m/s
f = @(x) 5/4*x.^(-4); % PM海浪谱的波能分布函数
% 计算海浪谱
omega = sqrt(g*k.*tanh(k.*h(U10))); % 角频率,其中h(U10)为表观风速对应的深度
S = (f(omega).*omega.^4)./(U10^4*k.^5); % PM海浪谱
% 随机相位
theta = 2*pi*rand(size(S)); % 随机相位,大小与S相同
A = sqrt(2*S*dk); % 振幅,大小与S相同
X = A.*cos(theta); % 实部,大小与S相同
Y = A.*sin(theta); % 虚部,大小与S相同
% 反演求解
eta = zeros(N); % 初始化海面高程
for i = 1:N
for j = 1:N
if (i == 1) && (j == 1) % 直流成分
eta(i,j) = sum(X(:));
elseif (i == 1) % 第一行
eta(i,j) = eta(i,j-1) + X(j) + 1i*Y(j);
elseif (j == 1) % 第一列
eta(i,j) = eta(i-1,j) + X((i-1)*N+j) + 1i*Y((i-1)*N+j);
else % 其他情况
eta(i,j) = eta(i-1,j) + eta(i,j-1) - eta(i-1,j-1) + X((i-1)*N+j) + 1i*Y((i-1)*N+j);
end
end
end
% 画图
figure;
[X,Y] = meshgrid(0:dx:Lx-dx, 0:dy:Ly-dy);
surf(X, Y, real(eta));
shading interp;
colormap(jet);
lighting gouraud;
light('position',[0 0 1],'style','local');
view(30,45);
axis equal;
xlabel('x(m)');
ylabel('y(m)');
zlabel('z(m)');
title('PM海浪谱二维模拟图');
```
其中,`f`为PM海浪谱的波能分布函数,这里取为:
$$
f(\omega) = \frac{5}{4\omega_p}\left(\frac{\omega}{\omega_p}\right)^{-4}\exp\left[-\frac{5}{4}\left(\frac{\omega}{\omega_p}\right)^{-4}\right]
$$
其中,$\omega_p$为峰值角频率,可由海面风速$U_{10}$计算得到:
$$
\omega_p = 0.84g/U_{10}
$$
反演求解过程中,为了避免出现高频振荡,可以加上随机相位。最后,画出海面高程的二维模拟图。
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