不规则区域海浪嵌套模式设计及其应用实例

本研究针对第三代MASNUM海浪模式的并行设计特点,设计实现了并行化不规则嵌套计算,从而提高了海浪模式嵌套模拟的灵活性和时效性.选取浙江舟山、宁波附近海域,利用201 1年的NCEP再分析风场作为强迫,采用大、中、小网格并利用该嵌套模式进行了三重嵌套应用.其中大、中区域实验均采用规则矩形方式设置开边界,大区域的模拟结果为中区域嵌套实验提供开边界条件,同时中区域嵌套输出小区域嵌套实验在不规则开边界上的边界条件.中区域的实验结果与卫星观测资料的对比表明:嵌套实验比无嵌套实验的误差小30％左右,二者在开边界附近的有效波高差异较大,达到0.5m以上.8月份中区域的无嵌套实验所得有效波高平均为0.7m,最大值为3.6m,嵌套实验结果则分别为1.0、7.1m,后者更接近以往观测资料所显示的平均波高1.5～2.0 m和最大波高5.0 ～10.0 m的结果,表明该常规嵌套方式的可行性.小区域实验也包含嵌套和无嵌套2个实验,开边界均采用不规则形状.实验结果表明:在5～8月期间,嵌套实验的波向与无嵌套的波向差异较明显,主要表现为外海传入;在6～7月份,嵌套实验与无嵌套实验有效波高的差值达1.0m以上;嵌套实验的周期普遍大于无嵌套的模拟结果,其最大差异为8 s.上述实验结果表明,该嵌套模式可实现规则开边界区域和不规则区域的嵌套模拟,可应用于复杂近岸区域的海浪数值模拟和预报,有效提高对关注区域海浪的模拟能力.     

台湾海峡及近岸区域精细化海浪数值预报系统

基于第三代海浪模式,采用四重嵌套网格,建立了WaveWatchⅢ和SWAN嵌套(方案一)和SWAN自嵌套(方案二)两套台湾海峡及其近岸区域海浪预报系统.通过对一次台风过程3天和7天的海浪预报实验,对两套预报系统作了检验.结果表明,方案一的3天和7天的预报误差分别为14.78％和19.53％,方案二的分别为10.38％和15.85％.两套系统的预报精度均能达到海浪精细化业务化预报要求.     

天津近岸台风暴潮漫滩数值模式研究

基于对POM(Princeton Ocean Model)模式的改进,采用Flather-Heaps干湿网格法和两重网格嵌套的数值计算格式,针对天津近岸海域的地形和易受风暴潮漫滩灾害侵袭的特点,建立了天津近岸海域三维动边界风暴潮漫滩模型,对天津近岸区域台风影响下的风暴潮漫滩进行了数值模拟研究。选取7203,8509,9216,9711号典型台风过程,计算了风暴潮漫滩水位变化,通过与塘沽站点实测数据的比较,计算的增水曲线过程与实测结果吻合较好,基本能够真实反映天津近岸的风暴潮水位变化情况及漫滩范围。研究结果验证了改进POM模式为动边界数值模型并应用于浅海区域是可行性的。     

WaveWatch的操作系统移植及其与SWAN嵌套接口的改进

为使WaveWatch和SWAN两种海浪预报模式能够有效地嵌套运行,将WaveWatch模式从UNIX移植到Windows系统下运行,同时对SWAN模式与WaveWatch模式的嵌套接口格点座标读取精度进行修改,使其能够应用于不规则边界的曲线网格和小间距规则网格的嵌套;作为检验个例,使用WaveWatchIII与SWAN模式多重嵌套的方法在Windows系统下对长江口海浪场进行数值模拟实验,得到了理想的模拟结果。     

基于SWAN模式的2种网格对嵊泗海域海浪模拟的比较研究

采用WRF模型构造的再分析风场作为海浪模式的驱动场,由于嵊泗位于长江、钱塘江的交会处,附近海域地形复杂,不可避免的会产生折射、变浅、绕射、波浪破碎、非线性波相互作用等近岸物理过程,因此采用第三代海浪数值模式SWAN。本文采用矩形网格和加密的三角网格对2012年4月嵊泗列岛海域波浪场进行模拟,并将模拟的有效波高与实测数据进行验证和误差指标分析,分析结果显示,2种网格模拟的海浪场的效果都很好,其中三角网格的模拟效果更好,可以进一步提高海域有效波高模拟的准确度,可以更精确的刻画复杂的地形。     

近岸海浪模式在中国东海台风浪模拟中的应用--数值模拟及物理过程研究

较为详细地介绍了基于能量平衡方程的第三代近岸海浪数值模式SWAN（Simulation Waves Nearshore）及其包含的物理过程（风生浪、底摩擦、白浪耗散、深度诱导波破碎、非线性波－波相作用等），并利用该模式对影响杭州湾－长江口沿岸海域的一次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嵌入对应台风特征等压线，并对相应时段的NCAR／NCEPT资料、单站资料进行同化后提供；利用自嵌套的方式提供波谱边界条件；模式模拟的结果与实际海浪观测资料相符较好，在此基础上，研究了底摩擦、深度诱导波破碎、三波相互作用等物理过程联合对近岸台风浪的影响，初步认识了它们在近岸台风浪生成、传播过程中的重要作用。     

WaveWatch III 和SWAN模型嵌套技术在业务化海浪预报系统中的应用及检验

根据钓鱼岛海域海监巡航执法保障预报、重点海洋安全保障目标精细化预报等海浪业务化预报工作的新需求,基于 WRF 海面风场预报模型,利用结构网格海浪模型WaveWatch 芋和非结构网格海浪模型SWAN （Simulating Waves Nearshore） 的嵌套计算,建立一套适用于东海区和上海近海的海浪数值预报系统。通过不同数值实验,证明此系统的稳定性和时效性。 利用观测数据对连续2 个月的有效波高值的预报结果进行检验,结果表明：24小时预报平均绝对误差在0.3 m以下;48 小时 预报平均绝对误差在0.5 m以下;72 小时预报平均绝对误差在0.7 m以下,且误差极值主要是由台风过程引起,但预报趋势 仍值得参考。对2次台风过程采用不同风场源数据进行对比试验,结果显示采用实况路径的后报风场,海浪预报精度明显改 善。对于近岸区域采用嵌套计算的SWAN模型预报结果比WaveWatch III 模型预报结果精度显著提高,证明建立的海浪数值 预报系统在满足“稳定性”和“时效性”的基础上,各尺度和分辨率的预报产品“准确性”也能得到保证。     

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。     

南中国海台风浪数值模拟研究——以台风“珍珠”为例

以QSCAT/NCEP混合风资料和Myers经验模型风场构造台风风场,并以之作为驱动风场,建立一个基于第三代海浪模式SWAN的两重嵌套台风浪数值模拟模型。以0601号台风珍珠为例,对南中国海至广东的台风浪进行数值模拟研究。将数值模拟结果与台风期间Jason-1卫星高度计观测资料和近岸浮标实测资料(波高、波向和波周期)作了较为详细地比较,并分析台风浪要素的时空分布。结果显示台风浪要素的数值模拟值与实测值吻合良好,表明SWAN模型能够较好地再现大洋和近岸台风浪的时间发展过程和空间分布特征。     

台风浪数值模拟方法比较——以1513号台风“苏迪罗”为例

为减少复杂地形对台风浪数值模拟的干扰,有效优化模拟精度和效果,充分发挥台风浪数值模式在防灾减灾中的作用,文章利用ERA-interim风场驱动模式,以1513号台风"苏迪罗"为例,采用2种方案对其形成的台风浪进行数值模拟,并对二者进行比较。其中,方案(1)为采用WW3模式,方案(2)为采用WW3模式和SWAN模式嵌套。研究结果表明:选取有效波高的模拟值和观测值,根据对散点分布的定性分析以及对相关系数、偏差和均方根误差的定量计算,采用方案(2)的模拟精度更高;通过绘制台风浪场分布图,采用方案(2)对有效波高的动态数值模拟更加明显和准确,尤其对于复杂地形海域的模拟效果更优。因此,在未来的海浪数值模拟中,可参照采用方案(2),即在大区域采用WW3模式,在复杂地形海域嵌套SWAN模式。     

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。     

胶州湾环流和污染扩散的数值模拟Ⅴ、胶州湾变空间步长的嵌套模型

在对某一海域的流场进行数值模拟时,尽量提高目标水域的分辨率是普遍追求的目标之一。本文以胶州湾为例,提出了一个大、小网格嵌套的数值模型,并对海域内的防波堤狭长岛屿等视为线边界进行了数值处理,得到了满意的计算结果。     

福建省海浪灾害危险性评估

选用美国国家环境预报中心的全球再分析风场为驱动风场,以WAVEWATCH Ⅲ海浪模式为基础,采用全球-西北太平洋-中国近海海区三层嵌套方案构建了1990—2020年海浪再分析数据集;利用该数据集,分析了福建省近海海浪灾害强度和发生频率,并计算了典型重现期的海浪波高。结果表明：福建省海域海浪有效波高分布具有明显的季节变化;因为地形的影响,台湾海峡中部区域的巨浪出现频率高于其他区域。     

近岸台风浪的嵌套数值模式

本文将混合数值海浪模式与第三代海浪模式结合起来研究近岸台风浪。在西北太平洋及中国海域采用混合数值海浪模式预报海浪，而在近岸台风区域采用包括海底绕射项的ＷＡＭ模式，该小区域的浪边界条件由大区域上得到的计算结果提供。我们建立的数值近岸台风浪预报系统既利用了混合海模式节省计算机时的优点，又用细网格的ＷＡＭ模式抓住了近岸海底地形对海浪的作用，该模式的后报结果表明，模式计算的近岸台风浪台站的实测资料符 合料     

基隆港台风浪特征分布数值模拟分析

基于修正的Holland台风模型风场,在同化QuikScat/NCEP混合风场基础上,结合高分辨率水深和高精度岸线资料,采用第三代近岸海浪模式SWAN,对影响基隆港邻近海域的两类典型台风过程引起的台风浪进行了数值模拟分析。模拟的两次台风过程中,西北型台风0715号和转向型台风0424号的有效波高与同一时段T/P卫星高度计资料波高的平均相对误差分别为6.5%和5.6%,相关系数分别达到0.972和0.902,台风浪个例模拟精度较高,可为基隆港及其邻近海域台风浪模拟与预报提供一种有效的方法。     

台湾海峡及厦门湾台风浪场数值模拟

本文利用国际上先进的第三代海浪模式SWAN,在充分考虑风能量输入、白浪效应、水深诱导的波浪破碎、底摩擦、波-波间的非线性相互作用等物理过程。以0604号台风"碧利斯"为例,通过嵌套计算方式,模拟了台湾海峡及厦门湾台风浪场的分布特征。将数值模拟结果与浮标测站实测资料对比分析,结果表明台风浪高模拟值与实际台风资料相符较好,可以为该海域台风浪的模拟提供较好的参考。     

地形数据对台风浪数值模拟的影响

采用区域嵌套,在岛礁处理的方案上采用地形平滑及三次样条插值的方案处理底地形和岛礁。以QuikSCAT/NCEP混合风场驱动目前国际先进的第三代海浪模式WW3,对2006年7月发生在中国近海的一次台风浪过程展开模拟,对比分析了原始地形和处理后地形对海浪数值模拟的影响,对比结果显示:经过处理后的地形对于提高台风浪的模拟效果起到了积极作用。     

C网格嵌套技术及其在海洋波动传播模拟中的应用

采用粗细嵌套的ArakawaC网格模拟Klevin波和Rossby波沿赤道传播的过程，研究在粗细网格嵌套边界产生数值振荡和反射的原因及其消减方法，得到合理的并能用于复杂海洋模式的ArakawaC网格下的嵌套方案。数值实验结果表明：波形在粗细网格边界产生数值振荡的原因是波形在不同分辨率下的形态有差异，在粗网格下波形趋向于平坦化，而细网格下趋向于锐化。采用双向嵌套和粗细网格交界处加松弛的方法可以有效地消减数值振荡和反射。     

复杂岛屿海域的台风浪局地特征模拟与分析——以舟山海域为例

为了研究舟山海域复杂地形条件下的台风浪特征,在高分辨数值模拟中采用了利用海图资料处理复杂岛屿地形分布的方法,利用WAVEWATCHⅢ和SWAN模式相嵌套模拟了影响该海域的西北行路径的典型台风浪过程.分析表明,舟山海域的东南部、东北部、西北部、内部海域受台风的影响各不相同,台风浪特征分布与海域的岛屿分布、水深分布等因素密...     

WAVEWATCH Ⅲ不同海冰源项的海浪模拟效果对比

为了验证第三代海浪模式WAVEWATCH Ⅲ V5.16中不同海冰损耗源项在秋季波弗特海对海冰存在下海浪的模拟能力,建立自波弗特海至马更些河河口的两级嵌套海浪模型,对2014年8月1日至9月31日该海域北极风暴作用下的暴风浪有效波高进行模拟研究,并利用浮标实测数据对模拟结果进行对比分析。结果表明,在应用于大范围海域、缺乏海冰有效剪切模量、黏性系数等属性参数的前提下,离海冰较近、海浪能量受海冰控制作用较为明显的区域,各海冰源项中IC1源项表现最好,能够表现出更加符合波弗特海海域特定的冰情、冰况的能量耗散特征。