Boussinesq相位解析的海岸水动力学数学模型研究进展

由于在平衡计算效率和精度上具有优势,Boussinesq相位解析数学模型研究不断取得突破,已成为波浪和水流精细化模拟的较优解析方式,为海岸工程、环境、地质等问题提供了实用和高效的研究手段。本文对已有Boussinesq类模型的研究进行了评述,深入探讨其重要发展、实际应用和理论瓶颈,从高阶非静压修正、GPU准三维高性能算法编译、波浪破碎和泥沙运移沉积等4个方面提出未来可能的科学突破方向。     

高桩挡板透空式防波堤消浪性能数值研究

以RANS方程为控制方程,基于有限体积法,在动量方程中添加源项,建立了具有造波‐消波功能的数值波浪水槽。利用建立的源项造波数值波浪水槽,模拟了高桩挡板透空式防波堤在规则波作用下的消浪效果,完整地再现了堤前堤后的流态,分析了挡板相对入水深度对透浪系数的影响。在与试验值及拉帕公式对比后发现,数模计算结果与试验值较接近,拉帕公式偏大。研究了堤顶相对宽度、相对水深、相对波高对透浪系数的影响并提出修正公式,修正公式与计算值和试验值吻合较好。     

中咀湾避风港工程波浪分析及其应用

中咀湾是一个天然的避风良港,一般情况下外海波浪影响很小,主要受局部风场产生的局部风浪影响。本文采用曹宏生在Massel的扩展缓坡方程基础上推导出来的考虑陡变地形和能量耗散效应的缓坡方程为控制方程,结合固边界的反射边界条件,构成波浪传播变形的联合折射、绕射和反射的数学模型。文中将此方法运用在中国台州市大陈岛中咀湾避风港中,用波浪数学模型计算极端高水位和设计高水位时3种波况分别在3组重现期时工程海域的波浪要素,提供防波堤的堤前波高,并分析比较此处实心式和透空式防波堤的防浪性能。     

基于实测资料的畸形波发生概率研究综述

系统地回顾和总结了国内外在实测资料入手探讨畸形波发生概率的研究成果,对比分析了有关实测资料及对应畸形波的特点,评述了针对畸形波发生概率的研究进展,指出了诸如所用畸形波定义不统一等该研究领域存在的共性问题,提出了进一步基于实测资料开展畸形波发生概率研究的思路。     

福建省典型海洋灾害时空分布特性研究

福建省是受海洋灾害影响较重的省份,风暴潮、海浪及赤潮等灾害频发,针对单一灾种特定灾害动力过程的研究较多,但针对各主要灾种灾损特性的研究尚不够全面和深入。在对国内外研究成果进行归纳和总结的基础上,整合了《中国海洋灾害公报》、《福建省海洋灾害公报》、《中国渔业统计年鉴》等相关资料,对近6年福建省3种典型海洋灾害分别进行了深入分析,明确了福建省海洋灾害时空分布特性。结果表明:造成福建省海洋灾害直接经济损失的主要是风暴潮灾害,占全部损失的84%,赤潮灾害次之;人员死亡(失踪)完全由海浪灾害造成。风暴潮损失年际变化幅度较大,8、9月损失占全年76.4%,福建沿海南北部地区受灾较严重,中部地区受灾较轻;海浪灾害人员死亡(失踪)出现2个高峰期,分别是冷暖交替的1-3月份及9-10月份,损失共占到84.6%,空间分布上与风暴潮有相似性;受气象条件影响,4-6月为赤潮灾害频发期,发生起数占总数的95.9%。分析结果为沿海各区市组织防灾减灾提供了科学依据。     

基于实测数据的台湾海峡中部波浪特征分析 *

利用台湾海峡中部2号大浮标2017年全年的实测波浪资料, 对海浪的基本波要素及其与风的相关性、波谱特性进行统计分析, 得出了重要特征波参数之间的回归关系和适合台湾海峡中部的海浪谱形式。研究结果显示: 1) 台湾海峡中部的常浪向是NE向, 强浪向是NNE向, 月均有效波高的变化范围为0.87~2.98m, 7月波高最小, 12月波高最大, 波周期与波高有着相似的月际变化趋势; 2) 主要波浪类型是以风浪为主的混合浪, 谱型上以单峰为主, 波高与风速整体上呈正相关关系, 大浪主要由台风和强劲的东北季风引起; 3) 波浪的平均周期与大部分特征波周期之间具有良好的线性相关性, NNE、NE方向的波浪有效波高和有效波周期线性相关性较强; 4) 相比于Jonswap谱, 规范谱一是更符合本区域的海浪谱模式, 给出了基于有效波高和谱峰周期拟合的规范谱一形式。这些研究成果可为海洋工程设计和波浪数值模拟提供参考。     

海堤生态化建设适宜性评价研究及应用

适宜性评价是开展海堤生态化建设的基础和前提。针对缺少海堤生态化建设适宜性评价指标体系和方法的问题,本研究遵循系统性、代表性和可度量性原则,运用层次分析法从海堤灾害防御能力和海堤周边生态环境两个方面构建评价指标体系;结合德尔菲法确定指标权重;建立指标量化处理标准;引入海堤灾害防御能力指数SDI和海堤周边生态环境指数SEI并进行等级划分;建立防御-生态互斥矩阵,将海堤生态化建设适宜性划分为优先建设、适度建设和维持现状;最后将指标体系应用于平潭岛裕藩海堤,对其灾害防御能力和周边生态环境进行评价。研究结果表明：裕藩海堤灾害防御能力差,海堤周边生态环境一般,属于优先建设类型;构建的指标体系可用于海堤生态化建设适宜性评价。     

挪威海畸形波波形特征研究

畸形波波形与其所处海况特征密切相关。在线性、窄谱假定下,最可能出现的畸形波波形服从“新波”理论,即最大波位于波群中间且其前后相邻波浪对称。然而,实际海浪谱通常是包含多种频率成分的宽谱。目前对实测畸形波及其附近波面形态特征仍缺乏系统认知,对其影响因素尚不明确。本文基于挪威海气象观测站共112个畸形波序列,分析实测畸形波波形及影响因素。研究表明,只有52%的畸形波在波群中间,其余畸形波在波群前侧的概率更高。此外,畸形波前后相邻波浪并不完全对称,其中位于后侧的波幅普遍更大。通过定量分析实测畸形波的平均波形与“新波”理论结果,发现谱宽是影响畸形波波形的关键参数。随谱宽增加,畸形波的平均波形与“新波”理论得到的波面序列误差呈指数增加。     

基于多层感知器的风涌浪分离方法

风涌浪分离是研究风浪、涌浪各自特性的基础,但受限于海浪谱数据的匮乏,基于海浪谱的风涌浪分离方法难以普及应用,有效的解决办法是采用波浪观测中容易获取的基本波要素进行风涌浪分离。现有方法无法利用基本波要素全面计算出风浪、涌浪的比例及其特征参数,为此本文将机器学习引入到风涌浪分离中,以多层感知器模型为基础,提出了一种利用基本波要素、风要素准确计算出风涌浪参数的方法。该方法需要每个测站提供至少466笔、建议766笔及以上的实测波浪数据作为训练样本,适用于台湾海峡3个测站,在计算精度上显著优于基于海浪频谱的传统风涌浪分离方法,可为本海域缺乏海浪谱的测站提供替代性的风涌浪计算方案,有助于扩大实测风涌浪资料的来源,进而加强风涌浪分布特性以及预警预报研究。     

"苏拉"和"达维"双台风过程中台风浪和海温的数值模拟

本文基于FVCOM-SWAVE耦合模型,以双台风"苏拉"和"达维"的台风过程为例,研究了台风过程中海浪和海温的变化,通过与高度计和Argo资料的对比,发现耦合模型能较准确的模拟出有效波高和海表面温度。由于双台风风场相互作用,风场结构和最大风速位置发生改变,影响着有效波高的分布,台风"苏拉"产生的最大有效波高位于台风后侧。海表面温度的降低与风场、浪场分布密切相关,强风强浪处的降温现象更明显,"苏拉"产生的降温区域位于路径附近,"达维"产生的降温区域位于路径右侧。台风对海表面温度的降低与初始的混合层厚度、温跃层强度存在相关性,具体表现为初始的混合层越薄、温跃层强度越大,降温越明显。