海浪谱

海浪谱（ocean wave spectrum） 描述海浪内部能量相对于频率和方向分布的图谱。又称海洋能量谱，是研究海浪的重要概念。海浪谱不仅表明海浪内部构成，还能给出海浪的外部特征。

海浪可视作由无限多个振幅不同、频率不同、方向不同、位相杂乱的组成波组成，这些组成波便构成海浪谱。此谱描述海浪能量相对于各组成波的分布，故又名能量谱、功率谱、方向谱。 它是随机海浪的一个重要统计性质，它不仅包含着海浪的二阶信息，而且还直接给出海浪组成波能量相对于频率和方向的分布。它用于描述海浪内部能量相对于频率和方向的分布。

海浪谱不仅表明海浪内部由哪些组成波构成，还能给出海浪的外部特征。比如，理论上可由谱计算各种特征波高和平均周期，利用这些特征量连同波高与周期的概率密度分布，可推算海浪外观上由哪些高低长短不同的波构成。若已知海浪的谱，海浪的内外结构都可得到描述，因此，谱是非常有用的概念。事实上，海浪的研究（包括许多应用问题），大多和谱有关。

从波面的记录估计谱，是获得海浪频谱的主要途径。习惯上将谱的估计方法分为相关函数法和快速傅氏变换算法两种。

海面功率谱函数主要表征了海浪在其频域内的波数分布情况，用或 表示海面功率谱。它是波数或频率相关的函数，一般采用归一化的方式就功率谱进行具体的描述，即：

式中，表示海浪某点相对于参考面的高度差，是功率谱的频率，k代表波数。方向谱可以看成二维海面频谱，相比于一维功率谱，它增加了高度分量，这样便于描述海浪空间范围内的统计特性和能量特性。二维海浪谱的表现形式有、和；是以X轴正方向为基准逆时针向参考方向所形成的夹角，如下图所示，式中。由此方向普与组成波振幅的关系为：

式中等式右边的求和符号表示为对频率介于到和方向且处于到之间范围内组成波的算术和。

（方向谱角度示意图）