前言

台风诱发大幅灾害性海浪产生的极端载荷和在南海观测到的大幅内波严重威胁我国走向深海所需要建设的各类海洋结构物的安全，近年来，恶劣海况下强非线性波浪及其与海洋结构物的相互作用成为国际船舶与海洋工程界关注的焦点。人们逐渐认识到仅靠提高设计极限波高（例如从百年一遇的极限波高提高到千年一遇极限波高）是不够的，需要考虑恶劣风浪的瞬态时空传播运动及其对结构物的破坏机理。实际上，在恶劣海况下，由于强非线性的水动力学作用和波浪传播强色散性的影响，目前基于线性波浪叠加的各态历经的平稳随机海浪模型及其工程修正模型并不能合理描述这类极端海浪的自然特性。因此，应该发展适应于高效模拟强非线性和强色散性的不规则波浪的水波理论模型。

层析水波理论就是适应上述需求发展的一种新理论，这里的层析并不是密度分层，而是拉格朗日物质面或者欧拉曲面意义上的流体运动学分层，概念源于连续介质力学的Cosserat理论，最早由Green和Naghdi用于水波分析，后续多用欧拉场垂直分层，称为GN波浪模型。传统的基于小参数摄动展开的非线性水波理论近似满足自由面条件，不适合模拟大幅强非线性海浪，而层析水波理论将自由面作为物质面处理，无需任何小参数假设，因此准确满足自由面条件，适于强非线性水波模拟。

目前国内外还没有一本论述层析GN波浪模型的书，作者近年来对层析水波理论进行了全面深入的研究，发现层析GN模型对于非线性浅水波、深水波、表面孤立波和内孤立波都能准确高效的模拟。面对海洋强国的新需求，作者整理了多年来对层析GN波浪模型的研究成果，总结为本书，希望有更多的研究者加入该理论的研究和实践群体，推动海洋波浪理论的发展。

本书共分8章。第1章介绍层析GN模型的发展；第2章介绍GN波浪模型的建立；第3章介绍无旋GN（IGN）波浪模型的建立；第4章介绍GN模〖1〗前言〖1〗〖2〗型数值求解方法和海底形状对波浪传播变形的影响；第5章介绍海底形状随时间变化引发的水波问题；第6章介绍表面孤立水波的稳态解和时域模拟问题；第7章介绍两层密度流体间内孤立波模拟的GN模型，并介绍稳态解和时域解模拟方法；第8章介绍深海大幅非线性不规则波模拟问题。

    本书所述内容都是在哈尔滨工程大学船舶工程学院完成的。作者关于非线性水波及其对海洋结构作用的研究工作得到科技部国际合作与交流专项项目（2012DFA70420）和国家自然科学基金（11102049）的资助，在此表示感谢。特别感谢美国加州大学伯克利分校William. C.Webster院士对作者编写本书的支持和指导，同时对美国夏威夷大学R. Cengiz Ertekin教授和美国休斯敦Technip公司Jang Whan Kim博士的合作研究与指导表示谢意。

由于时间仓促，作者水平有限，书中不足和疏漏之处，敬请读者指正，作者邮箱： zhaobinbin@hrbeu.edu.cn。

作者2014年8月