改进的二维分形海面模型与方向谱分析

本文主要探讨了二维改进分形海面模型及其海谱分析，针对分形海面模型在空间波数小于基波波数时功率谱不符合正幂率问题，研究者陈瑜、胡云安和林涛提出了一个创新的结合统计模型与归一化带限Weierstrass分形模型的解决方案。他们设计了一个二维模型，解决了方向海谱的闭式解，进而获得了表面功率谱和方向分布函数。 作者们通过与PM谱、JONSWAP谱、文圣常谱以及实际的南海海面测量数据进行对比，验证了改进模型的有效性。他们的研究发现，改进后的模型能够很好地拟合这些数据，显示出良好的理论与实际应用一致性。方向分布特征与Mitsuyasu方向函数相似，表明模型能够准确描述海面的波动特性，即包含大尺度涌浪（长周期）和小尺度张力波（短周期）的组合。 此外，论文还深入分析了分形维数、频率幅度尺度因子、风速和风向等因素对海面轮廓的影响，这些参数的改变会显著改变海面的动态特性。模型中的统计模型和分形模型特性在改进后的模型中仍然得以保留，这强调了模型结构的稳健性和实用性。 总结来说，本文的核心贡献在于提出了一种改进的二维分形海面模型，解决了传统分形模型在特定波数范围内的不足，并通过实证分析证明了其在描述海洋表面复杂动力学方面的有效性。这对于海洋工程、气象预测以及海上交通等领域具有重要的理论价值和实际应用意义。