太湖不同湖区风浪的季节变化特征

为明晰太湖风浪的空间分布及季节变化,在湖心区设立波浪观测站,利用其记录的波浪数据证明SWAN模型能够较好地模拟太湖风浪.基于所建模型,对2013年自然风场条件下太湖不同湖区风浪季节动态进行模拟分析,结果表明:受岸线、地形和岛屿等地理因素影响,大太湖的风浪总是最强,其有效波高均值为0.523 m;而东太湖风浪最小,有效波高均值为0.305 m.受盛行风场季节变化影响,太湖春、夏季有效波高均值明显大于秋、冬季.太湖波浪的能量主要来源于风场,其有效波高随风速增大而增大,两者呈极显著正相关.而风向则可以通过改变风区长度来影响风浪生消.在偏东风作用下,太湖湖西区的风浪大于东部湖区;而受盛行于冬季的偏北风影响,太湖南部水域风浪要大于北部.同时,太湖风浪的时空分布特征是造成太湖水质参数、沉积物和水生植物空间分布差异的重要原因之一.     

长兴岛海区波流相互作用数值模拟研究

波和流是近岸海区的主要动力因素。应用二维潮流数学模型和最新第三代近岸海浪模式SWAN,建立了非结构网格下二维情况近岸波流耦合作用数学模型。时间离散采用欧拉向前格式,空间离散采用有限体积法显式格式。通过将波浪场及潮流场进行迭代耦合计算,实现了对波流共同作用下波浪场和潮流场的数值模拟。将模型应用于矩形海湾实验和李孟国数模实验等理想地形以及大连长兴岛海区实际复杂地形算例,并用现场实测资料对计算结果进行验证,结果表明:耦合结果与实测结果吻合良好,并且要优于未耦合的结果。     

基于Boussinesq方程近岸波浪演变的数值研究

首先对目前描述近岸波浪传播变形的数学模型进行了回顾与总结;对不同数学模型的特点、适用范围和发展情况进行了阐述与对比。应用基于Boussinesq方程的Coulwave模式针对几个经典实验地形进行了数值实验,数值结果和实验实测数据吻合较好。此外,分别采用不同的近岸波浪模型模拟了某渔港附近波浪的传播变形,结果表明:当考虑波浪的折射、绕射、反射联合作用时,Coulwave模式计算结果明显较缓坡方程及SWAN模型计算结果更加合理。     

A ten-year data set for fetch- and depth-limited wave growth

This paper presents the key results from a ten-year data set for Lake IJssel and Lake Sloten in The Netherlands, containing information on wind, storm surges and waves, supplemented with SWAN 40.51 wave model results. The wind speeds U₁₀, effective fetches x and water depths d for the data set ranged from 0–24 m s^− 1, 0.8–25 km and 1.2–6 m respectively. For locations with non-sloping bottoms, the range in non-dimensional fetch x? ( = gxU₁₀^− 2) was about 25–80,000, while the range in dimensionless depth d? ( = g d U₁₀^− 2) was about 0.03–1.7. Land–water wind speed differences were much smaller than the roughness differences would suggest. Part of this seems due to thermal stability effects, which even play a role during near-gale force winds. For storm surges, a spectral response analysis showed that Lake IJssel has several resonant peaks at time scales of order 1 h. As for the waves, wave steepnesses and dimensionless wave heights H? ( = gH_m0U₁₀^− 2) agreed reasonably well with parametric growth curves, although there is no single curve to which the present data fit best for all cases. For strongly depth-limited waves, the extreme values of d? (0.03) and H_m0 / d (0.44) at the 1.7 m deep Lake Sloten were very close to the extremes found in Lake George, Australia. For the 5 m deep Lake IJssel, values of H_m0 / d were higher than the depth-limited asymptotes of parametric wave growth curves. The wave model test cases of this study demonstrated that SWAN underestimates H_m0 for depth-limited waves and that spectral details (enhanced peak, secondary humps) were not well reproduced from H_m0 / d = 0.2–0.3 on. SWAN also underestimated the quick wave response (within 0.3–1 h) to sudden wind increases. For the remaining cases, the new [Van der Westhuysen, A.J., Zijlema, M., and Battjes, J.A., 2007. Nonlinear saturation-based whitecapping dissipation in SWAN for deep and shallow water, Coast. Eng., 54, 151–170] SWAN physics yielded better results than the standard physics of Komen, G.J., Hasselmann, S., Hasselmann, K., 1984. On the existence of a fully developed wind-sea spectrum. J. Phys. Oceanogr. 14, 1271–1285, except for persistent overestimations that were found for short fetches. The present data set contains many interesting cases for detailed model validation and for further studies into the evolution of wind waves in shallow lakes.     

浅水波浪数值模型SWAN的原理及应用综述

概述了模拟海岸、河口的浅水波浪数值模型研究现状、存在的问题以及用能量平衡方程预报海浪的发展历史。介绍了基于当代最新波浪理论研究成果的第三代浅水波浪数值模型SWAN模型,对模型的适用性、数值特性、功能及局限性进行了阐述。介绍动谱平衡方程数学模型、方程离散要求、边界条件的处理和源项(包括能量输入、损耗及波与波之间非线性相互作用)的处理方法,重点介绍三相波非线性相互作用。模拟海安湾有效波高、波周期场,并分析波与波之间非线性相互作用对波浪要素预报的影响,最后对SWAN模型的应用前景和研究趋势进行了展望。     

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。...     

基于SWAN产品的短时强降水雷达特征及预警分析

利用SWAN产品和自动站雨量资料,详细对比分析了2010~2012年区域性暴雨中的短时强降水雷达特征,结果表明:(1)短时强降水具有反射率因子大,液态水含量高、回波顶高,强回波厚度大等特征,在每隔6min的SWAN拼图产品中,短时强降水通常满足:3km高度处CAPPI回波≥30dBZ,组合反射率CR中心强度≥40dBZ,VIL>5kg/m²,45dBZ以上的回波中心厚度(H)≥3km,这些参数的变化可以作为短时强降水的预警临近指标。(2)现有SWAN产品中的QPE/QPF产品对未来逐小时的雨量和落区具有一定的预报能力,但QPE产品估测1h累计降水量更接近于实况雨量,在监测到有上述强回波发展时,可通过分析QPE产品和回波特征及预警指标对短时强降水过程进行预报。     

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;海湾中部和北部的波浪以局地风为主控因素,海南岛南部和东部水域以传入浪的影响为主,海南岛西南水域受局地风和传入浪的共同控制。     

2009年7月2—4日广西暴雨过程的中尺度特征

本文运用NCEP1°×1°格点资料和多普勒雷达、自动站以及SWAN系统等资料,用综合诊断分析方法对2009年7月2-4日广西大范围强降水过程进行成因分析。结果表明：由于冷空气很弱,以渗透的方式影响广西,使地面西南暖低压得以长时间维持,是这次过程持续时间长的主要原因之一;地面辐合线稳定少动,是桂北强对流发展的触发机制,也是产生“列车效应”的主要因子;柳州多普勒雷达基本反射率显示在7月2日20时到3日08时的“列车效应”使得河池东部和柳州北部出现了特大暴雨,暴雨中心在径向速度上反映为强烈的辐合。此外对swAN产品进行检验和分析,Cotrec风场对回波的移动有较好的指示作用;TITAN在预报强回波的移动和强度上有着一定的预报能力;1小时雨量预报与实况雨量大致相近。     

SWAN系统雷达定量降水估测产品在江西的应用

利用SWAN1.0系统对江西省2010年1—7月的25次降水过程进行反算。结果表明,雷达定量降水估测(QPE)产品在江西省的主汛期(4—7月)应用效果要好于非主汛期,QPE产品的1 h雨量值比实际观测值要小,偏差大约20%;对3块小流域的QPE检验,其中2块小流域的QPE产品误差与全省范围的误差差别很小,QPE对小流域短时中阵雨以上量级的降水具有较高可靠性。依据检验工作的结果,开发出的QPE修正产品可以作为江西省短时临近天气预报业务使用。