中国东海混合浪模拟中Ochi–Hubble谱的优化：基于双案例研究的工程适用性提升

针对中国东海沿岸混合浪(swell/wind-sea)双峰谱(double-peaked spectrum)建模难题，研究人员通过改进Ochi–Hubble谱参数估计方法，提出基于回归分析的平均谱模型，避免了非线性最小二乘法计算复杂度，显著提升工程适用性。该成果为海上风电等海洋工程结构设计提供更精准的波浪载荷输入。

　　

在东海沿岸如火如荼的海上风电和养殖设施建设中，工程师们面临着一个关键挑战：如何准确描述混合浪的双峰谱特征。当台风过境时，近岸海域常出现风浪与涌浪叠加形成的复杂波浪场，其能量分布在频谱上呈现独特的双峰结构。传统单峰谱模型如Pierson-Moskowitz谱会高估结构载荷，导致过度设计。虽然1976年提出的Ochi–Hubble谱能描述双峰特征，但其参数基于北大西洋数据，且需要繁琐的非线性最小二乘法拟合，在中国海域适用性有限。

针对这一难题，中国某高校团队在《Ocean Engineering》发表研究，通过分析浙江温岭和江苏射阳两处实测波浪数据，对经典Ochi–Hubble谱进行本土化改造。研究采用AWAC声学波浪仪采集4096点/段的波浪时序数据，运用Welch法计算功率谱密度估计S(f)，结合Guedes Soares双峰谱识别方法划分波浪系统。创新性地用回归分析替代传统参数估计，建立谱参数与显著波高H_s
的定量关系，最终生成适用于中国海域的Ochi–Hubble型平均谱。

关键技术包括：1) Nortek AWAC现场波浪测量；2) Welch功率谱估计法；3) 基于能量比的波浪系统识别；4) 改进的谱参数回归模型。

Wave system identification
通过严格质量控制筛选有效数据，识别出温岭(7%无效)和射阳(1%无效)的双峰谱样本。采用Neumann形式S(ω)=Aω^-p
exp(-Bω^-4
)分解频谱，发现东海风浪系统尾部能量衰减介于f^-3
至f^-8
之间，与葡萄牙沿岸发现的f^-7.9
/f^-4.8
特征形成对比。

Results and discussion
研究提炼出两阶段建模流程：第一阶段从原始时序提取平均模态，第二阶段建立参数化应用模型。关键突破在于用线性回归确定形状因子λ=(p-1)/4等参数，使计算效率提升30%。新模型能准确反映东海混合浪特征，如温岭海域双峰间距比传统模型缩小15%。

Conclusions
该研究创新性地将Ochi–Hubble谱改造为适用于中国海域的实用工具：1) 通过系统识别提取关键谱参数；2) 建立参数与H_s
的显式关系；3) 生成具有地域特征的平均谱。相比需要H_s
和T_p
双输入的Torsethaugen谱，新模型仅需H_s
即可预测双峰特征，为钢悬链立管等结构的疲劳分析提供更精准输入。研究同时揭示了东海混合浪频谱尾部衰减规律，对认识区域海洋动力过程具有科学价值。

这项工作的工程意义尤为突出：使用单峰谱设计会导致结构超设计达20%，而优化后的双峰谱模型可显著降低建设成本。正如作者指出，该方法框架可扩展至其他海域，为全球混合浪建模提供新思路。