“烟花”台风影响下长江口水域波浪分布特征研究

台风往往会带来强风、大浪、风暴潮。强潮大浪给长江口深水航道整治工程的维护带来挑战。构建了覆盖中国海的台风浪—风暴潮耦合数学模型,模拟了台风“烟花”作用下长江口北槽水域波浪的发展过程,分析了长江口北槽水域波浪分布特点和台风强度。研究表明：叠加风场和潮汐模式共同驱动的台风浪―风暴潮耦合模型,可以准确模拟台风期间长江口水域波浪的生成和发展过程;“烟花”台风期间,外海大浪以东方向浪为主,长江口北槽南挡沙堤沿线有效波高最大值介于1.61~5.22 m之间,自东向西逐渐衰减;台风过程中,长江口北槽水域有效波高在台风二次登录时刻达到最大,口门处有5. 0 m以上大浪;依据台风过程中长江口风速及外海波高、周期与参考规范值对比分析得出,“烟花”台风过程波浪强度约为50年一遇。     

潮汐河口水流挟沙力研究

本文将潮汐河口与无潮稳定流相比较,分析了潮汐河口区水流、泥沙运动的特点,并根据水流泥沙运动的基本理论和能量守恒原理,对潮汐水流挟沙规律进行了探讨,初步建立了比较适合于潮汐河口区的挟沙力公式的一般形式:。式中K和m分别为与水流边界条件有关的系、指数。通过与国内外有关潮流挟沙力公式比较,表明所建立的公式结构较为合理。经珠江口实测资料的验证,表明本公式能够较好地反映潮汐河口的水流挟沙规律。     

中尺度海气浪耦合模式对西北太平洋双台风影响下的海浪预报研究

为了分析中尺度海气浪耦合模式对西北太平洋双台风影响下的海浪预报效果,采用GFS全球预报系统和西北太平洋海洋预报系统预报场驱动区域中尺度海气浪耦合模式,针对西北太平洋一次"双台风"共同影响下的台风浪进行了连续5 d逐日72 h预报,并分析了海浪场预报分布特征,检验了耦合模式的海浪预报性。结果表明,耦合模式能较好地预报出双台风移动路径,以及双台影响下的海浪分布、演变特征。台风浪的最大有效波高与近中心最大风速成正比、中心最低气压成反比的演变规律与模式预报的较为一致,波高的整体预报效果与卫星高度计观测值较为吻合。但台风浪的预报效果受台风强度、所处海域等影响,远海期间海浪的预报效果要优于近海和台风强度明显变化期的。研究结果可为后续耦合模式的台风浪业务化定量预报发展提供有益参考。     

大气-海浪耦合模式及其在理想台风模拟中的应用研究

采用传统的理论模型或者经验公式构建台风动力场驱动海浪模式,无法反映台风影响下海气动力过程,难以为海浪模式提供高精度的台风风场、气压场数据。为解决这一问题,基于中尺度大气模式WRF和第三代海浪模式SWAN,构建大气-海浪实时双向耦合模式,并将其应用于理想台风的模拟之中。建立的WRF-SWAN耦合模式能够成功模拟理想台风影响下的台风浪分布特征,揭示了台风风场和台风浪在空间上的“右偏性”不对称分布特征,该模型可推广用于实际台风浪的模拟分析。     

南麂海域台风游泳的波型分析

以南麂海洋站１９８３－１９８９年实测台风波浪资料为依据，分析了台风影响过程中测点波型的演变，对台风浪的波陡与波型、风速与波型之间的关系进行讨论。从而得出，台风影响过程中本区出现较大波浪的波型绝大部分属于风浪，６级以上风速作用时，本区台风浪均属于风浪波型，从而可以断定，不同重现期的台风波浪应属于风浪。     

粉沙质海岸航道骤淤期悬移质挟沙力研究

悬移质挟沙力是粉沙质海岸航道骤淤预测的关键性参数,目前缺乏有效的研究成果。通过大尺度波浪水槽对缓坡下的粉沙质海岸骤淤期破波掀沙机理进行试验观测和研究,根据能量平衡原理,建立粉沙质海岸在崩破波作用下悬浮泥沙运动的能量平衡方程式。能量平衡方程式的要点在于波浪所提供的有效能量损耗中,除了传统的底摩擦损耗和悬浮泥沙所消耗的能量外,还应增加崩破波引起的能量损耗。在此基础上提出粉沙质海岸骤淤期悬移质挟沙力公式,并得到试验资料的初步验证。     

人工神经网络技术在台风浪预报中的应用

利用人工神经网络中的BP算法，结合南海硇洲岛海区近30年的台风及台风浪资料，经预期因子的选择并作对比试验，建立了本海区较为理想的台风浪人工神经网络预报模型。结果表明：人工神经网络方法在台湾浪的预报上，有较好的拟合历史台风浪高的能力，利用该模型对台风浪高的预报也达到了一定的精度。为实际台风浪浪的预报增加了新方法、新思路。     

基于WRF-SWAN耦合模式的台风“威马逊”波浪场数值模拟

获取高分辨率的风场数据和气压场数据是精确模拟台风浪的基础,采用经验公式构建台风风场和气压场对海浪模式进行驱动,无法反映台风影响下海气动力过程,难以提供高精度的风场、气压场数据。本文基于中尺度大气模式WRF(Weather Research and Forecasting model)和第三代海浪模式SWAN(Simulating WAves Nearshore model),构建了南中国海地区大气—海浪实时双向耦合模式,针对超强台风"威马逊"进行数值模拟。将数值模拟结果与现场观测结果及卫星高度计观测结果进行对比验证,验证结果表明,本文建立的WRF-SWAN耦合模式在对台风"威马逊"影响下的南中国海台风浪的模拟中展现出较高的模拟精度,揭示了台风风场分布和台风浪分布在空间上的"右偏性"不对称分布特征及其形成机制。基于WRF和SWAN建立的大气-海浪实时双向耦合模式能够准确模拟台风动力过程以及台风浪的时空分布特征,可以推广用于南中国海地区台风浪的模拟分析。     

东中国海台风浪分布特征研究

台风引起的大浪对海岸带及海洋工程有很大的影响。进行长时间序列的台风资料分析和台风浪模拟,对海岸带规划及海洋工程防护有一定的指导意义。本文利用西北太平洋热带气旋最佳路径数据集(CMA-STI热带气旋最佳路径数据集)中提供的台风信息,分别统计和分析了1949—2010年和1981—2010年出现在东中国海海域的台风的时间分布特征和空间分布特征,并将2个时间段的分布特征进行比较。利用高桥公式和藤田公式计算了1981—2010年间92次台风过程的气压场分布,进而计算出风场,把经过验证的风场做为驱动,通过SWAN模式计算出有效波高。经过与B22001号浮标实测资料的对比,模型计算风速和有效波高均与实测值符合较好。根据模拟计算结果,分析了东中国海海域台风浪有效波高的分布特征。     

应用特征波预报公式进行台风浪计算的一个根本缺陷

Wilson方法和井岛方法均是移动风区上著名的波浪推算方法,被广泛应用于台风波浪的推算和预报上。本文通过分析指出:使用上述方法以海洋工程界所推行的风浪预报公式作台风浪推算时,所得特征波波陡将与台风浪实测波陡分布定性不符,并指出产生这种缺陷的原因。     

Research on Measurement of Bed Shear Stress Under Wave-Current Interaction

The movement of sediment in estuary and on coast is directly restricted by the bed shear stress. Therefore, the research on the basic problem of sediment movement by the bed shear stress is an important way to research the theory of sediment movement. However, there is not a measuring and computing method to measure the bed shear stress under a complicated dynamic effect like wave and current. This paper describes the measurement and test research on the bed shear stress in a long launder of direct current by the new instrument named thermal shearometer based on micro-nanotechnology. As shown by the research results, the thermal shearometer has a high response frequency and strong stability. The measured results can reflect the basic change of the bed shear stress under wave and wave?current effect, and confirm that the method of measuring bed shear stress under wave?current effect with thermal shearometer is feasible. Meanwhile, a preliminary method to compute the shear stress compounded by wave?current is put forward according to the tested and measured results, and then a reference for further study on the basic theory of sediment movement under a complicated dynamic effect is provided.     

Research on Measurement of Bed Shear Stress Under Wave?Current Interaction

The movement of sediment in estuary and on coast is directly restricted by the bed shear stress. Therefore, the research on the basic problem of sediment movement by the bed shear stress is an important way to research the theory of sediment movement. However, there is not a measuring and computing method to measure the bed shear stress under a complicated dynamic effect like wave and current. This paper describes the measurement and test research on the bed shear stress in a long launder of direct current by the new instrument named thermal shearometer based on micro-nanotechnology. As shown by the research results, the thermal shearometer has a high response frequency and strong stability. The measured results can reflect the basic change of the bed shear stress under wave and wave?current effect, and confirm that the method of measuring bed shear stress under wave?current effect with thermal shearometer is feasible. Meanwhile, a preliminary method to compute the shear stress compounded by wave?current is put forward according to the tested and measured results, and then a reference for further study on the basic theory of sediment movement under a complicated dynamic effect is provided.     

远区台风“三巴”对河口波浪增水和波生流影响数值模拟研究

波浪增水和波生流是河口泥沙输运、地貌演变和污染物扩散的重要动力之一,但目前关于远区台风影响下长江口波浪增水和波生流的研究比较缺乏。本文建立了覆盖东中国海的台风-天文潮-波浪耦合三维数值模型,研究了远区台风“三巴”对长江口波浪增水和波生流的影响。结果表明:波浪从台风中心向近岸传播过程中,能量耗散引起波浪作用力的衰减和辐射应力的增大,产生波浪增水,长江口波浪增水在0.05 ~0.20 m之间,占台风总增水值的15%~22%。从NW向入射的台风浪产生自北向南的波生沿岸流,垂向上呈现三维结构,平均流速在0.05~0.20 m/s之间,占风暴潮流的15%~50%,充分说明了远区台风可以对长江口波浪增水和波生流产生明显影响,研究成果可以为河口极值水位和流速计算、泥沙输运、水下三角洲地貌演变等研究提供参考。     

南海北部台风海浪谱的双峰性和成长性

本论文通过对南海北部三次台风过境期间基于浮标观测的海浪谱进行分析，发现虽然大部分成熟的台风海浪谱为单峰结构，但实际上在台风海浪的成长和衰减阶段，双峰谱占据了很大的比例。双峰谱的形成主要是由于风浪和涌浪的叠加以及不同波分量之间的非线性相互作用，我们可以通过能量密度的成长率对谱型变化进行高效的预报。此外，台风海浪的主要波向依赖于台风中心相对观测点的位置，而波向的分散情况在相距台风中心较远的区域无明显规律。本文提出了一个新的六参数波浪谱型拟合双峰谱，其拟合效果相较于前人的谱型更好。通过验证，形状参数和谱宽度之间的理论关系依然适用于单个谱峰。通过分析谱参量的变化特征，证明了谱参量不仅与台风强度和台风路径相关，还存在很强的交互相关。最后通过拟合海浪谱数据，本文得到了台风影响下海浪有效波高和有效周期之间的成长关系，这对海洋工程实际应用具有重要意义。     

近岸海域水沙界面通量与水流挟沙力研究

近岸海域的波浪、潮流及海流等动力因素具有周期性和时间、空间尺度差异大的特点,在综合考虑各动力因子的联合作用时具有较大的难度。本文根据平动动能叠加原理给出了一种近岸动力因子的表达形式,并提出了海洋波动有效速度的概念,结合水沙界面处泥沙通量的切应力与挟沙力关系,得到了水流挟沙力的新的计算公式。指出了水流挟沙力与水流临界速度有关,并且该水流临界速度随水深的增大及相对糙率的减小而增大。采用近岸实测数据和模拟结果,对本文的近岸水流挟沙力公式进行了验证,结果表明该公式的计算值与实测值吻合较好,可以适用于近岸海域。     

浙江沿海超强台风作用下的台风浪波高

基于 SWAN 波浪传播模型建立包含风暴潮与天文潮耦合传播的台风浪数值模型,通过多次台风引起的波浪模拟,证实该模型可适用于浙江沿海.将1949年以来登陆我国大陆沿海最强的“5612”号台风作为典型的超强台风,计算了超强台风在浙北至浙南3个不同地点登陆遭遇天文潮高潮位时产生的沿海波高过程.结果显示,在开敞海区,登陆点南侧附近及其以北沿海,台风登陆时过程最大有效波高与风暴高潮位基本同时出现,而在登陆点以南远区的沿海海域,最大有效波高出现在登陆前的一个高潮位附近;超强台风作用下浙江陆域沿海离岸近1 km 范围内有效波高可达4耀6 m.这些结论对海堤工程设计和防灾减灾具有重要意义.     

Numerical Modeling on Suspended Sediment Transportation in the Hangzhou Bay

In this paper the characteristics of tidal flow and seasonal variation of seidment content in theHangzhou Bay and their affecting factors are studied.Field investigations and data analysis indicate thatthe sediment movement is mainly influenced by the Yangtze estuary and the sediment of the Yangtze estua-ry is induced by wind wave and tidal flow.Owing to the variation of dynamic conditions,the instanta-neous sediment content is controlled by tidal flow,wind wave,depth of water and tidal range synthetically.A sediment content relationship formula is established with related factors.A non-equilibrium2-dimensional numerical model of suspended sediment transportation is set up,and the finite element meth-od is applied.The computation results of the model is in accordance with field data.     

粉砂质海岸大风天泥沙运动研究

根据黄河三角洲五号桩海域6级大风前后现场悬沙、沉积物和实测水流资料,研究了淤泥质粉砂海岸大风过程后泥沙分布特征和运动规律。发现大风天气海底泥沙对波浪作用反应灵敏,悬沙和底沙分布规律与波浪作用吻合,为波浪作用下海底泥沙运动的理论研究以及海区工程开发提供了科学依据。     

Short-term (≤2 yrs) estuarine mudflat and saltmarsh sedimentation: High-resolution data from ultrasonic altimetery, rod surface-elevation table, and filter traps

Rates of short-term (up to 2 years) bed elevation change and sedimentation from mudflats to salt marshes were measured in a rapidly infilling macrotidal estuary using an original combination of three high-resolution techniques: an ultrasonic altimeter, the Rod Surface-Elevation Table (RSET) method, and filter traps. The Authie estuary is located on a straight, sand-rich coast and is undergoing rapid infill under the influence of flood-dominant tides reinforced by wave action. The estuarine sediment suite consists of both mud and sand derived from the sea, of sand derived from storm wave erosion of dunes lining the north bank of the estuary, and, to a much smaller extent, of mud from the river catchment. Bed elevation change and sedimentation rates show an expected increase with the duration of tidal flooding (hydroperiod) in both space and time. The estuarine bed sediment suite changes from sandy at the mouth to muddy within the low-energy inner estuary, where mudflats are rapidly accreting, paving the way for the formation of increasingly denser and mature salt marshes from the high-sedimentation pioneer zone to the upper marsh where annual sedimentation is very low. Recorded variability in rates of bed elevation change and sedimentation reflect the influence of estuarine macro-scale and local sediment transport and depositional processes in a macrotidal context dominated by high inputs of allochthonous sediments.     

波浪作用下细颗粒泥沙起动试验研究

长江口北槽中下段滩面泥沙以粉砂和极细砂为主,在风浪条件下极易起动,形成近底高浓度含沙层,成为航道淤积的重要泥沙来源。采用长江口北槽中下段滩面现场泥沙,进行了波浪作用下泥沙的起动试验研究。试验结果表明:相同水深条件下,波浪周期越长,泥沙的起动波高越小;相同波浪周期条件下,水深越大,泥沙起动波高越大;对于自然密实1天的泥沙,波浪作用下的起动临界剪切力平均约为0.325 N/m2。本次试验结果和已有的波浪起动公式计算结果以及已有的试验结果进行了比较分析,结果均比较一致。