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海浪（含海況、波型、波向、波高、周期）檢測

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發(fā)布時(shí)間：2025-08-18 08:23:00 更新時(shí)間：2025-08-17 08:23:00

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

海浪檢測：海況、波型、波向、波高與周期的綜合分析

海浪作為海洋環(huán)境的重要組成部分，對海上交通、海洋工程、漁業(yè)活動以及海岸帶管理具有深遠(yuǎn)影響。準(zhǔn)確監(jiān)測海浪的動態(tài)特性，包括海況、波型、波向、波高和周期，是保障海上安全、提升海洋資源利用效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著海洋觀測技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代海浪檢測已從傳統(tǒng)的目測與浮標(biāo)觀測，發(fā)展為融合遙感、雷達(dá)、聲學(xué)與自動化傳感技術(shù)的多維監(jiān)測體系。通過高精度檢測項(xiàng)目、先進(jìn)檢測儀器與系統(tǒng)化檢測方法，結(jié)合國際與國家標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對海浪要素的實(shí)時(shí)、連續(xù)、大范圍監(jiān)測。尤其在極端天氣預(yù)警、海上風(fēng)電場布局、港口設(shè)計(jì)與防波堤建設(shè)中，海浪參數(shù)的精準(zhǔn)獲取尤為重要。當(dāng)前，全球海洋觀測網(wǎng)絡(luò)（如GOOS、NOAA、中國海洋觀測網(wǎng)）已逐步建立起以浮標(biāo)陣列、衛(wèi)星遙感和岸基雷達(dá)為核心的三位一體監(jiān)測平臺，為海浪參數(shù)的科學(xué)分析提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。本文將圍繞海浪檢測的核心要素——海況、波型、波向、波高與周期，系統(tǒng)闡述其檢測項(xiàng)目、主流檢測儀器、科學(xué)檢測方法及所依據(jù)的國內(nèi)外檢測標(biāo)準(zhǔn)，為海洋科研與工程實(shí)踐提供參考。

核心檢測項(xiàng)目

海浪檢測的核心項(xiàng)目主要包括五個(gè)方面：海況（Sea State）、波型（Wave Form）、波向（Wave Direction）、波高（Wave Height）與周期（Wave Period）。海況是綜合描述海面狀態(tài)的指標(biāo)，通常以國際海況等級（如Beaufort風(fēng)級）進(jìn)行劃分，反映風(fēng)力與浪情的綜合影響。波型則描述波的形態(tài)特征，如規(guī)則波、不規(guī)則波、涌浪與風(fēng)浪的區(qū)別，對波浪能量分布與結(jié)構(gòu)載荷分析具有重要意義。波向指波浪傳播的方向，是評估波浪對岸線侵蝕、港口進(jìn)出安全及海上平臺穩(wěn)定性的重要參數(shù)。波高即波峰與波谷之間的垂直距離，通常以有效波高（H_1/3）表示，是衡量海浪強(qiáng)度的核心指標(biāo)。周期指相鄰波峰之間的時(shí)間間隔，分為平均周期（T_m）與峰值周期（T_p），反映波浪的運(yùn)動頻率與能量集中程度。

主流檢測儀器

現(xiàn)代海浪檢測依賴多種高精度儀器協(xié)同工作，主要包括：

浮標(biāo)式波浪儀（Wave Buoy）：通過測量浮標(biāo)的垂直運(yùn)動（加速度、位移）來反演波浪參數(shù)，是目前最廣泛使用的海浪監(jiān)測設(shè)備。常見的有單點(diǎn)浮標(biāo)、三軸浮標(biāo)和GPS浮標(biāo)，可同時(shí)獲取波高、周期、波向等信息。
海底壓力傳感器（Bottom Pressure Sensor）：安裝于海床，通過監(jiān)測水壓變化推算波浪高度與周期，適用于近海與深海長期觀測。
岸基雷達(dá)（HF Radar）：高頻地波雷達(dá)可探測大范圍海面波浪運(yùn)動，反演波向與波高信息，特別適用于海岸帶實(shí)時(shí)監(jiān)測。
衛(wèi)星遙感系統(tǒng)（如SAR、Altimetry）：合成孔徑雷達(dá)（SAR）可識別波紋結(jié)構(gòu)，而雷達(dá)高度計(jì)（如Jason系列、Sentinel-3）能獲取全球海面高度變化，反演有效波高與波周期。
激光測距儀與聲學(xué)多普勒流速剖面儀（ADCP）：在特定場景下用于高精度局部波浪測量。

主要檢測方法

海浪參數(shù)的提取依賴于多種物理與數(shù)學(xué)方法，主要包括：

傅里葉變換法（FFT）：對時(shí)間序列波高數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，提取主周期與能量分布，是計(jì)算波周期和波譜的基礎(chǔ)方法。
波譜分析法（Spectral Analysis）：利用JONSWAP、Pierson-Moskowitz等波譜模型擬合海浪能量分布，用于估算有效波高與平均周期。
波向估算法（Directional Spectra）：通過多浮標(biāo)陣列或雷達(dá)數(shù)據(jù)，計(jì)算波浪傳播方向，常采用波束成形法或方向譜反演技術(shù)。
機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)方法：近年來，基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）和長短期記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）的模型被用于從衛(wèi)星影像或傳感器數(shù)據(jù)中自動識別波型與趨勢，提升檢測效率。

檢測標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

為保障海浪檢測數(shù)據(jù)的可比性與可靠性，國際與國家層面已建立一系列標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范：

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）：ISO 19901-1《Offshore structures — Part 1: General requirements》中對海洋環(huán)境參數(shù)的測量方法與數(shù)據(jù)處理提出要求。
世界氣象組織（WMO）：WMO《Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation》（WMO No. 8）詳細(xì)規(guī)定了海浪觀測的儀器校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)記錄與質(zhì)量控制流程。
中國國家標(biāo)準(zhǔn)（GB）：如《GB/T 19056-2017 海洋調(diào)查規(guī)范第6部分：海洋氣象觀測》和《GB/T 31151-2014 海洋監(jiān)測技術(shù)規(guī)范第3部分：海浪觀測》對浮標(biāo)布設(shè)、數(shù)據(jù)采集頻率、波高計(jì)算方法等作出明確規(guī)定。
國際海道測量組織（IHO）：IHO S-44《Specification for Sea Level Observations》為海面高度與波浪數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化提供了技術(shù)框架。

綜上所述，海浪檢測是一項(xiàng)集多學(xué)科、多技術(shù)于一體的系統(tǒng)工程。通過科學(xué)的檢測項(xiàng)目設(shè)定、先進(jìn)儀器的合理配置、規(guī)范的檢測方法應(yīng)用與嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)遵循，可實(shí)現(xiàn)對海浪要素的高精度、高時(shí)效性監(jiān)測。未來，隨著智能化、網(wǎng)絡(luò)化與大數(shù)據(jù)技術(shù)的深度融合，海浪檢測將向更高精度、更廣覆蓋與更實(shí)時(shí)響應(yīng)的方向發(fā)展，為海洋防災(zāi)減災(zāi)、海洋經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。