北部湾海浪季节变化和驱动因素的数值模拟研究

基于NCEP CFSV2再分析风场驱动SWAN模型,对南海至北部湾为期1年的海浪逐时过程进行了数值模拟,利用Jason-2卫星和近岸浮标整年观测数据检验了模拟效果。在此基础上,评估了模型空间网格尺度对北部湾内波浪模拟的影响,分析了波浪的季节变化特征,辨析了局地风和南海传入浪对海湾波浪的驱动贡献。研究显示：（1）较Jason-2卫星观测值,有效波高模拟值的均方根误差和分散系数分别约为0.4 m和0.2;较北部湾湾顶近岸浮标逐时观测值,有效波高的均方根误差和分散系数分别约为0.2 m和0.4,平均波周期的均方根误差和分散系数分别约为0.6 s和0.2,平均波向的均方根误差约为30°;（2）空间网格分辨率为12’×12’的模型对北部湾20 m以深开敞海域波浪的模拟效果良好,模拟值较2’×2’模型的平均相对偏差在10%以下;（3）北部湾冬季盛行东北向波,夏季盛行偏南向浪,季风转换期盛行东南向浪,全年波浪在季风期强于季风转换期,冬季最强、冬夏转换期最弱;（4）局地风对北部湾波浪的驱动贡献自湾口向湾内增强,季风期强于季风转换期;南海传入浪的驱动贡献自湾口向湾内减弱,季风转换期强于季风期;海湾中部和...     

东山岛东南侧近期岸滩演变及其动力成因

基于卫星遥感影像和水下地形数据,分析了近年来东山岛东南侧的岸滩演变特征。进一步,分别建立潮流、波浪、沿岸输沙数值模型,结合人类活动的影响,分析东山岛东南侧岸滩侵蚀的动力成因。研究结果表明,2002-2012年金銮湾的北侧海域海床侵蚀较为严重;1971-2003年,乌礁湾北侧湾顶呈现出侵蚀现象,2003-2012年,乌礁湾北侧湾顶由之前的侵蚀现象转变为一定的淤积趋势。主要原因如下:(1)岬角的挑流作用使得金銮湾和乌礁湾北侧岬角附近海域流速较大,容易产生冲刷侵蚀。(2)金銮湾和乌礁湾的北部波高较高,波能较大,容易遭受侵蚀。(3)金銮湾和乌礁湾北部海岸输沙强度较大,净输沙方向以自东向西为主,容易发生岸滩侵蚀。(4)20世纪90年代以来,东山岛人类活动强度增大,海滩不合理的人工建筑物、海岸防护林破坏以及养殖场的建造在一定程度上加重了侵蚀。(5)2003年后乌礁湾北侧修建了码头工程,导致近岸潮流和波浪动力有所减弱,使得侵蚀现象转变为一定的淤积。     

潮波方程数值格式与摩阻系数选取

基于一维阻尼潮波传播方程解析解,从求解数值格式及Heuristic稳定性分析方面,讨论了数值解的精度、计算耗时和摩阻系数选取等问题。研究结果表明:1)Courant数小于1时,潮波方程显格式解的精度略高于隐格式解,计算耗时少于隐格式解;2)为减少计算耗时,潮波方程的隐格式解允许较大的时间步长,但解的精度有所降低,须通过减小底床摩阻系数以保证计算精度;3)隐格式解摩阻系数的选取与Courant数有关,Courant数越大,摩阻系数的选取值比实际值越小,通过理论分析结合数值试验得到了相应的关系式。这些研究结论对实际海域的潮波传播的数值模拟具有重要的应用价值。     

一次典型寒潮风暴潮过程的数值模拟研究

建立了渤海及邻近海域天文潮与风暴潮的耦合模型。在验证的基础上,以2003年10月寒潮为例,分析了寒潮作用下渤海沿岸的增、减水及潮流场的时空分布变化特征。结果表明,寒潮作用下渤海湾沿岸增水幅度较大,水位振荡明显;潮流运动发生较大改变,局部海域的往复流转化为单向流,可能会影响渤海湾沿岸泥沙的运动。     

集成极限学习机的中小河流洪水预报方法研究

为利用水文现象相似性和极限学习机(ELM)集成学习提高洪水预报精度,提出了一种基于相似度匹配的集成ELM洪水预报方法(SM-ELM)。方法首先从多个ELM模型中,为每一个训练样本找到最优的ELM模型,然后从训练集中,为测试样本匹配出最相似的前k个训练样本,最后利用这k个训练样本分别对应的最优ELM模型,对测试样本采用加权平均法进行集成预报。为证明提出方法的可行性和有效性,以昌化流域的历史洪水为例进行了验证。结果表明,相对于单个ELM,集成ELM模型能有效地提高预测精度。从均方根误差上看,集成ELM模型性能比单个ELM模型提升了10%~15%。在三种集成方法中,SM-ELM能够以较少的模型数量获得较高且稳定的预报精度。     

台风路径对磨刀门水道咸潮上溯动力过程的影响机制

随着全球气候变暖加剧, 台风强度和强台风数量不断增加, 加剧了磨刀门水道咸潮灾害的变化形势。本文采用SCHISM(semi-implicit cross-scale hydroscience integrated system model)模型建立磨刀门水道三维水流盐度数值模型, 分析台风路径对磨刀门水道盐水入侵的影响。选取以“纳沙”为代表的西径型台风和以“天兔”为代表的东径型台风, 发现二者对盐度输运和层化过程的动力响应具有差异性。东径型台风导致外海减水, 平流通量向海增大; 而西径型台风引起外海增水, 逆转了原本向口外输出盐度的平流通量, 会引起严重的盐水入侵。台风不仅引起外海的增减水效应, 还带来强劲的局地风作用, 对水道流速和盐度分布产生重要影响。在西径型台风下, 顺河口向上游的风会减弱盐淡水分层, 并加强平流项的向海输出; 而在东径型台风下, 一定强度顺河口向下游的风加强盐淡水分层, 但当风速过强时, 则会削弱盐淡水分层。     

基于底层盐水楔扰动的磨刀门咸潮上溯防控研究

基于MIKE3研究扰动底层盐水楔实现抑制咸潮上溯的最优化方案。结果表明,在河道底部喷水扰动盐水楔可以有效减弱底层盐水浓度,且存在最优喷水流量与最优喷水点。当喷水流量小于该值时,咸潮上溯距离随流量的增大而减小,当大于该值时,咸潮上溯距离随流量的增大反而会增大;最优喷水流量从小潮到大潮逐渐增加,且随着径流量的增大而减小,如径流量为500 m/s~3时,小、中、大潮期间的最优喷水流量分别为20 m/s~3、20 m/s~3和25 m/s~3,减少的咸潮上溯距离分别为3.82 km、3.40 km和1.18 km。随着径流量增大,取得最佳抑咸效果的最优喷水点位置逐渐向下游移动。针对珠江河口的特殊径潮环境,盐水楔扰动的抑咸效果在小潮和中潮期间较好,在大潮期间相对较差。