应用WAVEWATCH-Ⅲ模式对南海的波浪场进行数值计算、统计分析和研究

以30a再分析风场数据为输入,采用WAVEWATCH-Ⅲ波浪模式,对南海海域1976—2005年的波浪场进行了数值计算。与大量的T/P高度计波浪资料和部分台风资料进行对比验证后发现,波浪计算结果较好。将计算结果进行统计和推算,得出南海海域波浪如下的主要特征:1)南海海域的常浪向基本为NE,出现频率占各向总数的40%;北部海域的强浪向主要为E,中部和南部海域的强浪向主要为NE;2)夏季的波高为全年最小,冬季受东北季风的影响,波高达到全年最大;3)100a一遇极值波高分布:海南岛东南附近海域最大,有效波高最大超过18m,中部海域的有效波高平均为14m左右,南部海域的有效波高平均约为9m。     

江苏海域波浪数值模拟研究

本文以风场为驱动运用第三代波浪模型SWAN对江苏海域的波候进行了模拟研究。在模拟过程中采用了嵌套结构,并考虑了潮位对波浪的影响,提高了近岸波浪模拟的精度。同时,对江苏海域波浪分布特征进行了研究。研究结果表明:江苏海域深水区域年平均有效波高分布趋势由南往北逐渐递减,而近岸10m水深处波高从大丰港开始由南往北呈先增加后减小的趋势。江苏海域年平均有效波高最大值为1.5m,最大年平均周期为4.6s,常浪向为NE或SE方向,四季中冬季浪最大,强浪向为NE—NNE方向。     

中石化广西液化天然气项目灾害性海浪特征参数数值推算

以近30aWRF再分析风场作为驱动,利用SWAN数值模式对中石化广西液化天然气(LNG)项目海域的灾害性海浪特征参数进行数值模拟,并与设计波浪要素进行对比。通过模拟结果与T/P高度计波浪资料、浮标及海洋站观测资料的对比验证,表明波浪模拟结果较好。项目外海海域有效波高极值集中在E～SE向,强浪向为SE(SSE)向。项目工程本身主要受到SSE、S和SSW向波浪的影响,其中S向影响最大。项目海域100a一遇极端高潮位和设计高潮位下SSE向波高的评估值均大于设计值,除极端高潮位下有效波高外SW向的评估值与设计值相当,其他方向波高的评估值低于设计值。     

南海北部波浪特征分析

利用南海北部近海区域(20°36.298′N,110°45.433′E)于2012年至2013年的波浪实测资料,统计分析了其波浪特征,为海洋工程建设和波浪能利用提供基本波浪参数。统计结果表明,南海北部年平均有效波高为1.2m,周年平均十分之一部分大波波高为1.5m,年平均周期4.0s,周年最大平均有效波高为4.97m,周年最大平均十分之一部分大波波高为7.34m,常浪向为E向,次常浪向为ENE向。强浪向为E向,次强浪向为ESE向。     

黄渤海海域波浪时空变化特征分析

本文利用欧洲中期预报中心(ECMWF)第五代再分析数据集(ECMWF Reanalysis v5 ERA5,ERA5),对中国黄渤海海域2000-2019年的波浪进行了统计分析。得到如下的结论：1.黄渤海海区波浪具有明显的季节性,渤海区域有效波高呈现出周边小,中间大的特点;黄海海域有效波高Hs呈现由南向北降低的趋势;研究区域冬季有效波高均值大于其他季节。2.平均周期T的季节分布类似于有效波高的季节均值分布。渤海仅秋冬季T的均值存在大于4s的区域;黄海海域T的季节分布也呈现由南向北递减的趋势,其中长江口外海区域秋冬季T的季节均值可达6s。3.有效波高距平场EOF分解结果显示,第一模态表明了波浪变化具有明显的季节性特征;第二模态反映了季风的季节转换对有效波高的影响;第三模态代表的可能是地形的变化对有效波高变化的影响。4．代表点统计结果显示：整个渤海地区的常浪向为 NNE~NE,强浪向以 NE和 NNE 为主;黄海海域的常浪向为SSE-SE向,强浪向以 N和 SSE 为主。     

南海波浪时空变化特征研究

利用SWAN波浪数值模式和ECMWF的ERA-Interim风场数据建立模型,对中国南海地区1981-2012的波浪进行了计算。利用浮标实测波浪资料进行对比验证后发现,波浪的计算结果良好。利用计算的结果进行分析,得到如下的结论:1.有效波高距平场的EOF分解结果显示,第一模态解释了波浪变化的最主要形态,具有明显的季节性特征;第二模态反映了季风的季节转换对有效波高的影响;第三模态代表的可能是地形的某种变化对有效波高变化的影响。2.整个南海地区主体的常浪向为NE,强浪向以NE和N为主,这主要是由于风速大且持续时间长的冬季风造成的。3.南海冬季有效波高最大,主要是受冬季风影响;夏季西南季风对南海南部的影响大于北部。4.100年一遇重现期有效波高整体北大南小,北部接近17m,南部为9m左右。     

浙江东矶列岛海域实测波要素及典型台风浪特征分析

利用东矶列岛海域一年实测波浪资料,统计分析波要素特征,以台风“利奇马”为例,分析台风浪演变过程。结果表明：研究海域年平均有效波高0.88 m,年平均周期4.3 s,年最大波高8.67 m出现在夏季台风“利奇马”影响时。研究海域以轻浪为主,其次是小浪和中浪;常浪向为ESE,次常浪向为E和SE;强浪向为SSE,次强浪向为SE。波浪平均持续时间和波高之间符合指数衰减关系。台风“利奇马”影响期间,最大谱峰56.20 m²/Hz,台风浪谱型以双峰谱为主,台风浪类型经历了涌浪—混合浪—风浪—混合浪—涌浪这一演变过程。     

莺歌海洋站附近海域波浪特征分析

本文利用莺歌海站多年的波浪实测资料,对其附近海域的波浪要素的基本特征、变化规律、风与浪的相关规律进行分析研究,阐明了海区海浪的特点及变化规律。该海区属热带季风气候区,波浪主要受季风影响,季风时期的风向、风浪传播方向、涌浪传播方向基本一致。通过对观测资料统计分析发现:该海域波浪主要是以风浪为主,常浪向是SE向,次浪向是SSE向,强浪向是SE向,波高以轻浪为主。波型方面,春季和夏季SE向风浪占绝对优势,秋季和冬季NNW向风浪占优势,涌浪频率四季均是S向最大,并结合国内海洋波浪测量技术现状,在仪器装备研发、算法模型及数据处理分析软件升级、站位布局优化、计量标准化研究等方面提出几点建议。     

涠洲岛海域风侯和波侯特征分析

根据涠洲海洋监测站多年风和波浪实时观测资料,分析得出:涠洲岛海域累年强风向为N和NNE,其平均风速分别为5.9 m/s和5.3 m/s;常风向为NNE和ENE,其频率分别为18.2%和12.4%;夏季(6—8月)月平均风速最大,春季(3—5月)月平均风速最小。涠洲岛海域累年强浪向为SSW,其波高(H_(1/10))平均值为0.8 m;常浪向为NNE、SSW、NE和ENE,其频率分别为16.5%、16.2%、14.4%和10.5%;夏季(6—8月)波高(H_(1/10))月平均值最大,其余季节月平均值稍小于夏季。采用Pearson-Ⅲ型分布曲线对4个方向角风速的年最大值和波高(H_(1/10))的年最大值进行重现期计算。结果表明:涠洲岛海域ENE向风速多年一遇值最大;涠洲岛海域SSW向波高(H_(1/10))多年一遇值最大。     

SWAN模型在设计波浪要素计算中的应用研究

采用SWAN (Simulating Waves Nearshore)模型搭建了覆盖整个台湾海峡和台湾岛东部部分海域的波浪模型,并利用此模型计算了常风浪场、崇武海洋站设计波浪要素和西沙湾海域极值波浪场。计算结果显示,在常风浪模拟中,4个浮标站计算值与实测值有效波高绝对误差均在0.20 m以内,平均绝对误差值为0.13 m;崇武海洋站的设计波浪计算值与多年资料推算值平均绝对误差为0.14 m,平均相对误差为1.9%; SWAN和CGWAVE (Conjugate Gradient Wave Model)在西沙湾海域7个点的波浪极值计算值在S、SE、SSW三个方向上平均绝对误差分别为0.11、0.10、0.07 m,平均相对误差不足3%。以上计算结果表明,SWAN模型在常风浪模拟和设计波浪要素计算中具有良好的适应性。     

江苏沿海波浪多重嵌套模拟研究

根据24年CCMP风场资料和江苏沿海4个方向(N、NE、E和SE)百年一遇风速,构建西北太平洋、东中国海和江苏沿海上述4个方向的百年一遇风场。首次建立一个基于第三代海浪模型SWAN的自西北太平洋、东中国海至江苏沿海的三重嵌套数值模型,以AVISO卫星观测数据和江苏沿海定点实测数据进行验证。以三个计算域4个方向百年一遇风场为驱动风场,驱动该多重嵌套模型,高精度数值模拟江苏沿海4个方向百年一遇有效波高分布并进行分析。结果表明,江苏沿海辐射沙洲地形对有效波高分布影响显著;E向百年一遇风场作用下海域有效波高最大,NE向次之,N向和SE较小。     

渤海和黄海北部波高与周期联合分析

分析波高与周期的联合分布特征对于海洋平台设计、海洋工程建筑等有着重要的意义。基于SWAN模型模拟的波浪后报数据对渤海和黄海北部1999~2018年的波浪特征进行了统计分析。分别对20年的波高和周期数据进行了统计分析,得到了研究区域20年有效波高和波周期的季平均值和最大值的区域分布特征。然后以散布图的形式刻画了整个区域20年波高和周期的联合分布特征。为了更深入地研究波高和周期的联合分布规律,选择了两个研究点A1和A2,A1在渤海内部相对近岸,A2在黄海北部深海区。统计结果表明,在A1和A2,波高与周期的联合分布特征较为相似,均呈现斜三角形的分布特征,然而大波高大周期的波浪却呈现不同的分布特征。最后,利用20年的波浪后报数据,在A1和A2点构建了有效波高和谱峰周期的联合概率模型,并采用IFORM法得到了50年、100年和200年重现周期的环境等值线,为研究海域海上结构物的可靠性设计提供了参考。     

Wave characteristics and extreme parameters in the Bohai Sea

This paper is aimed at the whole Bohai Sea,as the complement and improvement of wave characteristics and extreme parameters.Wave fields were simulated in the Bohai Sea by using wave model SWAN from 1985 to 2004.The input data based on the hindcast of high-resolution wind fields from RAMS and water level fields from POM,which have been tested and verified well.Comparisons of significant wave heights between simulation and station observations show a good agreement in general.By statistical analysis,the wave characteristics such as significant wave heights, dominant wave directions and their seasonal variations are discussed.In addition,main wave extreme parameters and directional extreme values particularly for 100-year return period are investigated.     

1988-2002年黄海和渤海风浪后报

本文对黄海和渤海风浪开展长期后报实验,时间范围覆盖1988至2002年,并分析相应的区域波候特征。首先,模式输出的月平均有效波高和卫星数据比对一致。其次,我们讨论了气候态月平均有效波高和平均波周期的时空分布特征。有效波高和平均波周期的气候态空间分布都呈现出西北-东南、或由近岸向深水区增加的趋势,这种空间的分布特征和局地的风强迫和水深密切相关。同时,海浪参数的季节变化也较显著。进一步,我们统计分析了风场和有效波高的极值,给出并揭示了黄海和渤海多年一遇有效波高的空间结构,并讨论了有效波高极值和风强迫极值之间的联系。     

利用SWAN波浪模式研究北部湾海域台风浪场的波浪方向谱特征

以高精度再分析风场为驱动，利用SWAN模式模拟了台风“达维”Damrey（2005）经过北部湾海域时的波浪场。通过与实测的风和波浪实测对比发现，波浪后报结果与实测结果符合较好。文章给出了台风浪期间波高、周期、波长和波向等要素的分布特征，讨论了以台风眼为中心不同海域的波浪方向谱特征。本文最后分析了台风期间实测波浪能谱的变化特征。     

两类典型台风路径影响下的黄、渤海海浪场特征研究

台风引起的海浪灾害对我国黄、渤海沿岸影响巨大,严重威胁相关区域人民群众生命财产安全。本文主要利用ERA5(the fifth generation European Center for Medium-Range Weather forecasts atmospheric reanalysis of the global climate)风场研究了两类不同移动路径下的台风(1909号台风“利奇马”和1109号台风“梅花”)在黄、渤海区域的海浪场的时空分布特征及风-浪成长关系。结果表明:两个台风引起的海浪的有效波高空间分布明显不同,波高的分布和风速对应,而海浪周期与风速、波高的分布无明显相关性,波向较风向偏于台风移动方向且两者偏差较大;两个台风进入黄海之前就形成一个从黄海向渤海的“涌浪舌”。海浪成分方面,台风“利奇马”引起的沿海区大浪主要是风浪,而台风“梅花”移动路径的右侧以风浪为主,左侧则主要是涌浪;通过建立无因次波高与无因次周期的幂律关系、以及有效波高关于风速的二次多项式变化关系,研究了风-浪成长特性,结果发现,台风浪的成长特性与台风过程关系不明显,但与所处水域的水深和海底地形地貌有关,表现为两个台风在黄海区域的台风浪成长较渤海区域更为充分。     

台风“灿鸿”影响下海浪的数值模拟研究

台风是影响中国黄东海的强天气现象，其引起的强风、巨浪和台风增水严重威胁着沿海地区人民的生命与财产安全。本文以海浪模式SWAN（Simulating Waves Nearshore）与区域海洋模式ROMS（Regional Ocean Modeling System）为基础，构建了中国黄东海海域在201509号台风“灿鸿”影响下的海浪-海洋耦合模式。通过浮标与Jason-2高度计有效波高数据验证了模式结果的准确性。进行了敏感性实验分析，对比耦合（ROMS+SWAN）与非耦合（SWAN）下以及使用不同地形数据（ETOPO1、ETOPO2、GEBCO）、不同物理参数化方案（风能输入、白冠耗散、底摩擦耗散）下的模拟结果差异。结果发现在射阳与前三岛浮标处，使用GEBCO地形数据（15弧秒间隔）下的模拟效果更好且稳定。在空间分布上，台风中心附近的浪流相互作用显著，在其前进方向右侧表现为耦合的有效波高值低于非耦合有效波高值，差值最高可达1米。选择不同风输入与耗散项方案时的模拟差异主要发生在最大波高处，选择不同的风能输入与白冠耗散项方案带来的差异接近0.4米，而底摩擦项方案选择不同带来的差异接近1米。因而在模拟实际的海况时，需要综合考虑这些因素带来的影响，才能达到SWAN海浪模型最好的海浪模拟效果。     

水动力时空变化对近岸风浪演化的影响——以渤海湾西南岸为例

采用SWAN模型和ADCIRC模型建立了风浪、潮汐和水流联合作用的耦合数值模式,并通过渤海湾西南岸实测资料对该模式进行了验证。利用该模式分析了近岸区水位和流场时空变化对风浪模拟结果的影响,计算结果表明水位变化对近岸区风浪模拟结果有显著影响,特别是中等大风过程高潮位时波高受水位影响的变化幅值可达0.5m以上,且水深越浅影响越大。但在岸滩平缓的近岸海域由于流速、流向的时空变化不太剧烈,流场作用和波浪辐射应力作用对波浪场的影响都基本可以忽略。在模拟近岸风浪过程时,应选用耦合模式。     

渤海海域冰水共存期的波能流密度推算

为给寒区海域的波浪能估算提供科学依据,提出一种合理推算冰水共存海域波浪条件及波能流密度的方法,该方法将海冰模型与水动力学模型耦合模拟得到的冰浓度以线性修正函数的方式纳入波浪模型的海面摩阻风速方程中,并基于MCT (model coupling toolkit)耦合器将海冰模型、水动力学模型与波浪模型进行实时耦合。基于该方法模拟了渤海冬季寒潮大风期间的海冰以及波能流密度的演化。模拟结果表明,在2012年2月5~8日寒潮大风期间,结冰区域占到渤海总面积的1/3,约有76%的渤海海域的平均波能流密度受海冰影响减小,其中辽东湾近岸的波能流密度平均受冰影响最多减小了100%,而渤海湾和莱州湾近岸受冰影响最多分别减小了60%和50%。即使是无冰覆盖的老铁山水道,其波能流密度的最大值也受冰影响减少了14%。耦合模拟可以更为准确地对渤海冬季的波能流密度分布进行评估,为波浪能发电厂选址提供依据。     

台湾岛邻近海域台风浪的模拟研究

基于目前国际上较为先进的第三代近岸海浪数值模式SWAN（Simulation Waves Near-shore)。在充分考虑相关物理过程（风生浪，底摩擦，白帽耗散，深度诱导波破碎，非线性波－波相互作用）基础上，以较高的分辨率对影响台湾岛邻近海域的9015号台风浪过程进行了模拟研究。模式所需风场由藤田台风风场模型同化相应台风资料后提供；用自嵌套方式提供模式波谱边界条件。模拟结果与实际台风浪资料相符较好。台风过程模拟结果表明；台风中心位于台湾岛邻近海域的不同位置，台风浪有效波高的分布特征和传播方向都有着较大的差异。可以为整个台湾岛邻近海域台风浪分布特征的了解与认识提供较好的参考。