台风波浪数值预报的CHGS法 Ⅰ.成长过程中的海浪谱

文章指出,由于台风风场中风速、风向随时间和空间急速地变化,越近台风中心风速越大、风区越短、风时越小,风浪就越是不可能充分成长。所以在台风浪数值计算工作中不能使用充分成长的海浪谱模式。作者等在最近提出的台风波浪数值预报方法(以CHGS表示)中,建立了一种成长海浪谱模式(如文中(2)式),该模式中包含了标志着风浪成长程度的参数——平均波龄β。当β值较小时,波浪的能量主要集中在谱的峰值频率附近,使谱峰高而陡,随着β的增大,谱形逐渐变得低矮坦缓,当β=1时波浪充分成长,成长谱转变成了充分成长的P-M谱。该模式还表现出了谱在“平衡域”内的“超射”现象。     

西沙,硇州台风波浪的一种计算方法

为了对南海西北部近岸及浅水台风波浪进行计算,本文选择了个台风影响西沙或硇洲时期的两站水文气象资料;用多元回归分析方法建立了这两站的两种不同形式的台风波浪计算公式及周期计算公式;并把这些计算公式做为南海西北部近岸的台风波浪计算模式。     

8509号台风浪的推算与分析

1985年第九号台风在青岛地区登陆,给青岛市的工农业生产及海岸工程等各方面均造成了重大破坏。本文以现有的推算台风浪的方法,对该次台风在青岛海区产生的波浪作了推算,同时对外海波浪向胶州湾内折射进行了计算和分析,并且和实测值作了比较。由于选取了比较适当的计算方法,因而获得了比较满意的结果。文中还对台风浪推算中的一些有关问题,如台风的气压场模式,最大风速的计算及风场分布等进行了阐述。     

潮汐和潮流作用下1323号台风“菲特”台风浪数值模拟

利用第三代近岸海浪模式SWAN(Simulating WAves Nearshore)建立了基于非结构网格的台湾海峡台风浪数值模型,并以WRF模式(Weather Research and Forecasting Model)计算得到的高分辨率台风风场作为驱动,模拟了1323号台风"菲特"影响期间台湾海峡波浪场的演变过程。以实测资料进行验证的结果表明:整个模拟过程风速的平均绝对误差为1.60 m/s,有效波高的平均绝对误差为0.42 m,计算结果较好地再现了"菲特"台风影响下海峡内波浪运动过程。通过对比数值实验分析了潮汐、潮流对台湾海峡台风浪的影响,分析表明:海峡内近岸浅水区域潮汐和潮流对波浪计算的影响显著,在考虑水位和流场后,计算得到的有效波高分布曲线呈现周期性振荡,且与潮汐周期变化一致,计算得到的有效波高绝对误差下降14%,近岸波浪数值模拟的精度得到了改善。     

8509号台风波浪场的分析

本文应用东亚地面天气图和西北太平洋海浪实况分析图及沿岸海洋站资料,对8509号台风波浪场进行了分析。并根据台风的强度、移速及外围灭气形势的配合,对台风波浪场进行订正。获得了台风波浪场的分布特征:一、台风移动方向的右半圆的波高大,左半圆小;二、台风波高与风速成正比,而与离开台风中心的距离成反比。另外,应用较简便的方法计算了台风波高,计算波高与实测波高比较,两者较吻合。     

基于SWAN模式的“灿鸿”台风浪数值模拟

以第三代海浪模式SWAN(simulating wave nearshore,近岸海浪数值模型)为基础,构建了东中国海海域波浪数值模式,并以高时间、空间分辨率的CCMP(cross calibrated multi-platform,多平台交叉校正)风场作为驱动风场进行波浪计算,模拟了1509号"灿鸿"台风的波浪过程。同时,对SWAN模式中的底摩擦参数化方案、波浪破碎参数、风能输入与白冠耗散、波-波非线性相互作用等因素对台风浪模拟的影响进行了分析,并对模式中的各影响因素给出了建议。模拟结果与浮标实测有效浪高数据(舟山朱家尖站、南麂岛站、舟山外海站、温州外海站)两者之间的偏差较小,表明本研究所建立的模式以及选择的参数合理,SWAN和CCMP风场的结合能满足海洋波浪数值模拟的需求。本研究对于台风浪数值预报具有参考意义。     

台风波浪数值预报的CHGS法——Ⅲ.风浪的成长和涌浪的消衰

文章给出了成长谱(GS)中的参量随风区、风时成长的计算式,其中由Toba的3/2次方定律引出了随有效波龄β_s变化的有效波陡的表达式。文章给出了CHGS方法中波高、周期随风时及风区的成长曲线,并与其他方法作了比较。文章还对波浪数值计算中风浪和涌浪的概念及其划分作了阐述。     

长江口及其邻近海区无结构网格风暴潮预报系统的研制与分析

利用基于有限元方法的ADCIRC模式,并耦合SWAN波浪模式,建立了一个适用于长江口及其邻近海区风暴潮的数值预报模式。该模式采用对岸线有较好拟合能力的无结构网格,综合考虑了波浪、天文潮、风暴潮、径流相互作用。利用该模型对长江口及其邻近海区一系列台风风暴潮进行后报检验,计算结果与实测资料有较好的一致性。最后,利用建立的模式,针对影响长江口地区的两类典型路径台风——近转向型台风和登陆型台风,讨论了气压、风应力、台风路径等因素对增水的贡献;并对台风移动路径与外高桥实测增水强度进行统计分析,给出了台风移动路径、气压梯度和增水强度的定量关系。     

汕头近岸区的台风波浪(三)各种重现期台风波浪要素的确定

本文以现场的实测资料和４４年间台风波浪后报结果为基础,考虑到各种重现期波浪出现时伴随着台风增水对计算点各种累积率波高的影响,通过对复合极值分布法,皮尔逊Ⅲ型曲线法和短期资料外推法的比较,给出进行波和破碎波条件下的各种重现期台风波浪要素。     

东海台风域内的风速分布

本文从实测气压资料入手,对东海几个典型台风进行数值计算,求得台风域内的风速分布。按不同方向确定气压公式忖数r_0,把过去的一维对称模式推广为二维非对称模式。考虑了台风移动发摩擦影响,摩擦系数取变系数,使计算风场与实测更加符合。为验证模式的可靠性,将气压场、风场分别与相应的实测值进行了比较。讨论了台风风场与中心气压,台风移速,台风多数r_0的关系。     

近岸波浪数值计算中两种动边界处理的比较

在近岸波浪数值计算中,动边界处理是不可避免的问题。文章基于Boussinesq方程的FUNWAVE-TVD模式,引入窄缝法对波浪水槽实验进行数值模拟,比较窄缝法和干湿网格法的波浪数值计算结果;设计多种周期和波高的波浪数值试验,分析两种动边界处理下数值计算结果的差异。结果表明,两种动边界处理对近岸波浪破碎的数值模拟有影响,对波浪漫滩区的计算影响尤为显著。     

浪流耦合数值模式在苏北辐射沙洲海域的应用研究

采用三角形网格海洋模式ADCIRC-2DDI和海浪模式SWAN双向耦合模式,建立了苏北辐射沙洲海域高精度水动力模型,用以研究该海域天文潮-风暴潮-海浪相互作用。以2012年15号台风"布拉万"为例,分别采用WRF气象模型后报风场和台风模型风场进行台风期间水位和波浪场的数值模拟,与实测资料的对比结果显示模型较准确地模拟出了"布拉万"台风期间的风暴增水与海浪过程,但模拟的极值增水和二次增水时间较实测资料提前了3 h左右。对"布拉万"台风期间模拟结果的分析表明:在浅滩及浅滩前沿水域,水位和海流对海浪模拟结果具有显著影响,是否耦合计算的有效波高差异可达1 m以上;波浪对水位的影响具有空间差异,在水深大于15 m的区域,波浪引起的水位变化小于5 cm,在浅滩区域,波浪引起的水位变化在4～10 cm,是否考虑波浪耦合对漫滩区域的模拟结果影响较大,进行浅滩及浅滩前沿的水动力计算,有必要考虑浪流耦合过程。     

波浪漫滩边界对波生流数值计算的影响

波浪漫滩是近岸波浪的小尺度运动,在实际海域的波生流数值计算中通常被忽略。本文基于Boussinesq方程的FUNWAVE模式,分别采用波浪漫滩边界、固壁边界、海绵边界进行Haller波浪港池物理模型实验的数值模拟,比较三种边界计算结果与实验观测数据的误差,检验波浪漫滩边界对波生流数值计算的影响;然后设计了多种周期、波高的波生流数值模拟试验,分析多种波浪入射条件下波浪漫滩边界对近岸波生流数值计算的影响。结果表明,波浪漫滩对邻近区域波生流有明显影响,漫滩边界下的波生流计算结果更接近实验观测值,在近岸波生流数值模型中引入波浪漫滩边界可以提高波生流计算精度。     

西北太平洋台风浪数值模拟

台风浪的研究对于船舶航行、港口、海洋和近岸建筑物的安全有着重要的现实意义。应用经验公式(MEF)和大风风圈反推(MGCR)两种方法计算最大风速半径,并基于Jelesnianski2型风场模式、藤田气压模式导出的风场模式、藤田气压场和第三代深海波浪模型(WAVEWATCHⅢ)进行了台风Winnie引起的台风浪的后报,将后报值与实测值进行了详细的比较和分析。结果表明:台风期间,MEF模拟出的西北太平洋海域风浪场变化合理,数值模拟结果与实测资料吻合良好,3个波浪测站的有效波高对比误差约为10%,而MGCR模拟结果误差偏大。因此,MEF的模拟结果能够为船舶、海洋与海岸工程的设计提供科学的依据。     

基于台风“威马逊”的台风浪数值模拟研究

本文运用ECMWF提供的再分析数据风场,同时加以Jelesnianski-Ⅱ模型生成的风场为驱动风场,建立了一个基于第三代海浪模式SWAN的台风波浪数值模型。以2014年9号台风"威马逊"为例,借助实测的台风期间的波浪要素(波高、波向、周期)数据,与通过SWAN模型的模拟结果作比较,对比结果较好。在此基础上,分析了"威马逊"台风波浪要素的时空分布特征,得出台风移动方向的中心右侧为最大风速区,风速和有效波高均较大,波向基本与风向一致;在台风移动方向的中心左侧,为较小风速区,风速和有效波高比右侧小,并且波向和风向不一致。     

影响计算海湾内台风波浪的诸因素

本文阐明了影响计算海湾内台风波浪的重要因素，使用我们目前已改进了的模式，可克服以往的计算缺陷，而使计算效果达到最佳。同时，阐述了不同海湾、不同的地理环境对台风浪波能的消衰不同。并强调了台风增水对台风浪计算的影响，其也直接影响着工程设计波浪参数的合理选取。     

应用现行台风域内气压场模式的一点看法

台风潮动力数值计算结果的好坏,在很大程度上依赖于台风域内气压场和风场模式的优劣。而台风风场模式,一般说来,更直接地依赖于气压场模式。因此,对台风域内的气压分布进行讨论,对于提高台风潮数值计算精度并不是多余的。下面仅就比较流行的三个模式做一讨论。     

基于ADCIRC+SWAN耦合模型的风暴潮数值模拟研究——以深圳西部海域为例

本文采用ADCIRC和SWAN模式建立了基于非结构网格的深圳海域高分辨率天文潮-风暴潮-海浪耦合数值模型。基于历史统计资料,以1604号台风"妮妲"作为基础路径、以1319号超强台风"天兔"作为设计强度设计了超强台风,计算了超强台风影响下深圳西部海域的最高潮位,结果显示宝安机场、赤湾和深圳湾顶的最高潮位为5.71 m、4.67 m和5.06 m,分别超过当地红色警戒潮位2.69 m、1.65 m和2.98 m。为验证波浪增水作用设计了敏感性实验,结果显示波浪对风暴潮增水的贡献量值约0.1 m。     

台风波浪的波型及其与海岸工程设计波浪要素的关系

本文以实测台风波浪资料为依据,分析了台风影响过程中固定点波型的演变,讨论了台风过程波浪的波陡与波型、风速与波型、波高与风速和波向与风向之间的关系.从而得出,在受台风直接影响的海区内,台风影响过程中出现较大波浪时的波型属于风浪,不同重现期台风波浪的波型也属于风浪的结论.本文以大亚湾海滨区的100年重现期设计波浪要素的计算为例,讨论了台风波浪的波型与设计波浪要素的取值关系.     

应用Bretschneider经验公式及Meyers台风模式计算台风波浪

本文应用Bretschneider经验公式及Meyers台风模式,对发生在西北太平洋的台风波浪进行了计算,结果表明:计算得到的台风波高与实测波高基本符合.本文应用Meyers台风风场模型时,对其最大风速半径公式中的平均气压值进行了订正:当台风中心移入东海时,取P_N=1010mb,移入南海时取P_N=1008mb。