本书阐述了非线性水波层析理论，并对数值方法和源码进行了详细说明。全书共分9章：第1章介绍非线性水波理论的发展；第2章论述非线性水波无旋层析水波理论的建立；第3章重点介绍非线性水波层析理论的数值算法与源码；第4章介绍聚焦波和畸形波的数值模拟；第5章介绍长峰不规则波的数值模拟；第6章介绍规则波的数值模拟，包括波前问题、风压兴波问题等；第7章介绍孤立波的数值模拟；第8章介绍非线性水波的三维层析水波理论；第9章介绍多向不规则波数值模拟。
本书可供从事船舶与海洋工程、海岸与近海工程等学科方向的研究生及科研人员参考。

第1章 绪论
1.1 非线性波浪理论研究概述
1.2 层析水波理论
第2章 二维层析水波理论HLIGN有限水深模型
2.1 无粘不可压缩流体的控制方程和边界条件
2.2 二维层析水波理论HLIGN有限水深模型的方程
第3章 数值算法与源代码实现
3.1 程序设计
3.2 读入计算控制参数子程序
3.3 读入波浪参数子程序
3.4 计算备用的积分函数
3.5 建立文件及流场初始化子程序
3.6 阻尼区消波子程序
3.7 全局数值平滑子程序
3.8 线性到非线性过渡区数值平滑子程序
3.9 保留之前时刻计算结果子程序
3.10 预测子程序
3.11 更新边界条件子程序
3.12 流函数系数拟合子程序
3.13 求解空间导数子程序
3.14 求解层析水波理论方程系数子程序
3.15 合成矩阵子程序
3.16 更新当前时刻方程组子程序
3.17 求解方程子程序
3.18 存储当前时刻的计算结果子程序
3.19 校正子程序
3.20 当前时间步内迭代收敛判断子程序
3.21 当前时间步计算结果的输出子程序
3.22 关闭文件子程序
3.23 其他子程序
第4章 聚焦波和畸形波数值模拟
4.1 聚焦波的实验室模拟
4.1.1 数值策略
4.1.2 弱非线性聚焦波
4.1.3 强非线性宽谱聚焦波
4.1.4 强非线性窄谱聚焦波
4.2 海洋观测畸形波的重现
第5章 长峰不规则波模拟
5.1 长峰不规则波的时间历程
5.2 长峰不规则波的谱分析
5.3 长峰不规则波的短期统计
第6章 规则波演化数值模拟
6.1 平整地形上规则波传播问题
6.1.1 浅水规则波
6.1.2 有限水深规则波
6.1.3 深水规则波
6.1.4 波前问题
6.1.5 风压兴波问题
6.2 非平整地形上规则波的传播变形问题
第7章 孤立波变化数值模拟
7.1 单个孤立波的数值模拟
7.2 孤立波碰撞
7.3 孤立波与地形作用
第8章 三维层析水波理论HLIGN有限水深模型
8.1 三维层析水波理论HLIGN有限水深模型的方程
8.2 数值算法
第9章 多向不规则波模拟
9.1 短峰不规则波数值模拟
9.2 三维聚焦波数值模拟
附录
附录A 定义变量的模块
附录B 维度大小设置
参考文献

极端海浪力学是近年来
人们非常关注的一个研究方
向和热点。海浪作为船舶、
海洋平台等各类海洋结构物
的主要环境载荷，强非线性
极端海浪对海洋结构物的安
全存在极大的威胁，在各类
海洋结构物的设计、分析评
估、运维等过程中首先需要
确定科学的极端海浪流场。
层析水波理论是最近十
年来快速发展的一类强非线
性水波理论，适合强非线性
极端海浪的高效模型研究。
它通过垂向积分进行降维，
计算效率高，没有引入任何
小参数，没有使用摄动展开
和泰勒展开，不同级别的层
析水波理论可以独立求解，
不需要按级别依次求解。层
析水波理论只是引入了流体
质点运动速度沿水深方向上
的变化形式，通过自收敛性
分析可以保证引入的速度垂
向假设的合理性。
对于无旋流动问题，本
书介绍的无旋层析水波理论
的计算精度和计算效率都极
高。一方面可以用于变化浅
水/有限水深波浪、深水波
浪问题的研究，另一方面可
以与船舶与海洋结构物水动
力性能分析的计算流体力学
（computational fluid
dynamics，CFD）粘流方法
和势流方法进行单向耦合或
双向耦合，为CFD粘流方法
提供高效的造波和消波功能
，也能大大减小CFD方法的
计算区域，大幅提高其计算
效率。
本书重点介绍作者编写
的无旋层析水波理论程序源
代码，并对源码的编制细节
进行了详细的说明，便于其
他研究学者或研究生学习和
使用。之后，介绍了层析水
波理论在单向聚焦波和畸形
波数值模拟、长峰不规则波
数值模拟、长峰不规则波统
计特性、海上实测畸形波列
的数值重现、浅水/有限水
深/深水规则波数值模拟、
规则波波前问题、风压兴波
问题、规则波传播变形问题
、孤立波数值模拟、孤立波
碰撞数值模拟、孤立波在非
平整地形传播变形、多向不
规则波数值模拟、多向聚焦
波数值模拟等方面的研究和
应用。
本书内容丰富，介绍全
面，为其他研究人员和研究
生提供了层析水波理论数值
算法和源码的研究基础。本
书介绍的源码可通过扫描以
下二维码获取。
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。作者的研究工作得
到了国家自然科学基金重大
项目（51490671）和国家
自然科学基金面上项目
（11772099）的资助，在
此表示感谢。
由于时间仓促，书中不
足和疏漏之处，敬请读者指
正。
作者
2020年10月