波峰面坡度是近岸波浪非线性的重要几何表征，也是波浪破碎过程中变化最为显著的物理量之一。张弛副教授和郑金海教授课题组通过大量实测数据分析，首次提出了非线性波峰面坡度的系列计算公式，为破波带监测与模拟等多方面应用提供了重要依据。相关成果于近日发表在《Coastal Engineering》2017年127卷（1区Top期刊，影响因子3.22），张弛副教授和郑金海教授分别为论文的第一作者和通讯作者。
随着近岸波浪监测与模拟技术的发展，除了波高和周期等传统波浪参数以外，波峰面坡度逐渐成为一个重要参数。在近年来发展的基于遥感影像分析的破波带动力要素反演模型中，波峰面坡度是最重要的几何参数之一。另外，它还是多类波浪数学模型中破波水滚能耗、临界破碎判别以及海工结构物波浪力计算的重要参数。然而由于波浪非线性演化的复杂机制尚不明确，国际上一直缺乏针对此参数的合理计算方法，而假设为某一定值缺乏物理意义。
张弛副教授等系统分析了八百多组实测波浪数据，阐明了波峰面坡度在浅化区和破碎区的增长-衰减变化规律与量值范围，发现波峰面非线性的无量纲参数与当地厄赛尔数呈指数型关系，提出了同时适用于规则波/随机波和浅化区/破波区的波峰面坡度计算公式；另外，研究还发现了波浪破碎的临界波峰面坡度与相对水深和海床坡度的非单调变化关系，从物理上解释了该临界坡度在崩破波、卷破波和激破波三种不同破碎类型下的转变机制，提出了基于临界破碎波峰面坡度的几何学波浪破碎新指标；通过耦合上述公式，建立了适用于多类型海岸和多次波浪破碎的破波点波要素迭代计算方法，计算结果很好地复演了两百多组珊瑚礁海岸临界破碎波高的实测数据。
该研究为定量认识非线性波浪破碎特性提供了新的思路和途径，在破波带过程遥感反演、波浪破碎数值模拟、海工结构物设计波要素确定和波浪力计算、长周期变化环境中的海岸演变规律模拟分析等方面均具有较好的应用前景，评审人认为该研究“filling an important knowledge gap in nearshore research”。
本工作得到国家杰出青年科学基金和江苏省自然科学基金的支持。论文索引：Zhang Chi, Zhang Qingyang, Zheng Jinhai, Demirbilek Zeki. Parameterization of nearshore wave front slope. Coastal Engineering. 2017, 127, 80-87。