山东沿海台风浪数值模拟与统计分析

为了得到山东沿海台风浪的重现期波高分布场,以Jelesnianski-Ⅱ模型构建的风场作为模式驱动,利用SWAN模式建立了山东及其附近海域的台风浪数值模型。通过对典型台风过程"麦莎"和"梅花"的数值计算,将模拟的有效波高与观测数据作了对比分析,验证了模型在计算海域的适用性;基于建立的模型,对1960-2012年期间发生于山东沿海的50场台风进行模拟。选取计算海域10个点的模拟所得波高序列,寻求复合极值分布拟合最优的分布型式,根据所得分布进行重现期波高的统计分析;最终绘制计算海域50年一遇和100年一遇的台风浪波高分布图,为山东沿海的防灾减灾和海洋结构设计提供参考依据。     

黄河三角洲区域的波流相互作用数值分析

将三维水动力-生态模式COHERENS与第三代波浪模式SWAN结合起来,采用该耦合模式数值计算了黄河三角洲的波浪特征波高与特征周期情况,从而探讨水流和波动水位对波浪特征波高和特征周期计算结果的影响。总的说来特征波高、特征周期、流速的计算结果与观测值吻合得较好,说明了COHERENS模式和SWAN模式相结合而成的波流耦合模式能够较好地计算黄河三角洲地区的流场与浪场情况。研究这些动力因素的机制和时空变化规律,对于研究海岸、河口的泥沙运动,海岸侵蚀的机理,合理开发利用自然资源,防止海洋灾害具有十分重大的意义。     

Modeling of suspended sediment transport with waveinduced longshore current in Huanghe (Yellow) River Delta

A three-dimensional suspended sediment model(SED)developed by the present authors is coupled with the combinatorial model of COHERENS(Luyten et al.,1999) (the three-dimensional coupled hydrodynamical-ecological model for Regional and Shelf Seas) and SWAN(Holthuijsen et al.,2004) (the third generation wave model).SWAN is regarded as a subroutine of COHERENS and gets time-and space-varying current velocity and surface elevation from COHERENS.COHERENS gets time-and space-varying wave relevant parameters provided by SWAN.Effects of wave on current are applied in bottom shear stress,wave-induced depth-dependent radiation stress and surface drag coefficient calculation.At the same time,the damping function of suspended sediment on turbulence is introduced into COHERENS.So the sediment model SED has feed back on circulation model COHERENS.The SED obtains current as sociated parameters from COHERENS.Then a couple dhydrodynamic-sediment model COHERENS-SED being able to account for interaction between wave and current is obtained.COHERENS-SED is adopted to simulate three-dimensional suspended sediment transport in the Huanghe River delta.In terms of simulation results,there is obvious diffierence between top and bottom layer of wave-induced longshore current.The values of time series of sediment concentration gotten by COHERENS-SED have,generally,an accepted agreement extent with measurement.Significant wave heights and wave periods obtained by COHERENS-SED show that wave simulation case with current’s effect can give better agreement extent with measurement than case without current’s effect.In the meantime,suspended sediment concentration distributing rule obtained by COHERENS-SED is similar to former researches and measurement.     

东中国海浪流相互作用对水位和波高影响的数值研究

通过修改风应力和底摩擦应力的计算方式并引入波致辐射应力,以POM(Princeton Ocean Model)和SWAN(Simulating Waves Nearshore)模式为基础构建了浪流相互作用耦合模式,对1994年14号台风过程下的东中国海波流相互作用对水位和波高的影响进行了模拟研究.结果表明:浪流相互作用引起的水位变化主要出现在近岸浅水区.与岸边站点实测水位的对比显示,耦合后的结果相比非耦合结果更接近观测值,特别是在极值水位处.流的存在显著地影响有效波高的计算结果.在黄海海域,流对有效渡高的增减在极值处大于0.2 m.在台湾岛东北海域黑潮流系附近,流对有效波高的增加最大可达1.6 m.上述结果对改善近岸风暴潮和海浪预报具有指导意义.     

SWAN近岸海浪模式在辽东湾的应用

介绍了第三代近岸海浪数值模式SWAN,并使用SWAN对辽东湾海浪进行了模拟。辽东湾平缓的淤泥质海岸为研究海浪底摩擦耗散提供了理想的条件。与实测数据对比分析表明,SWAN模式能够较好的模拟辽东湾近岸水域海浪。在8月南风过程中,底摩擦耗散起作用的范围主要集中于辽东湾北部10m等深线以浅水深变化平缓的地区。耗散强度随水深变浅而逐渐增强。     

利用SWAN模型计算的侧边界附近风浪场的变化特征

鉴于SWAN模型不能有效地模拟侧边界附近的风浪场,详细研究了在不同水深和风速情况下模型侧边界附近波要素,包括波高、周期、波向和波长的变化特征和失真范围。计算结果表明水深和风速的变化对于侧边界附近不同波要素的影响是不同的。在风速一定的情况下,失真范围随着水深的增大而增大。在水深一定的情况下,根据波高、周期和波长的相对误差所计算的失真范围与根据他们的绝对误差所计算的失真范围不同。随着风速的增大,根据相对误差所计算的失真范围减小;而根据绝对误差所计算的失真范围变化不大。随着风速的增大,波向的失真范围减小。研究了在水深变化的水域,包括太湖和淀山湖在内的侧边界附近的风浪场,结果表明如果计算范围不适当扩大确实会导致侧边界附近的风浪场失真。因此在利用SWAN模型模拟计算近岸或内陆湖泊风浪场时,需采取适当的措施以减小计算误差。     

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。     

基于数值模拟的厦门湾波浪特征研究

本研究使用成熟的SWAN模型对厦门湾的波浪场进行了1a的数值模拟,通过与同期的珍珠湾波浪观测数据进行对比验证了模型的可靠性.根据模型的计算结果,分析了厦门湾年平均和夏、冬两季平均波高和波向的分布特征,厦门湾的风浪和涌浪组成,珍珠湾波浪观测海域主要的波浪能量生成和能量耗散过程.结果表明,厦门湾年平均有效波高较小,且有较明显的季节变化特征,夏季厦门湾平均有效波高较小,且湾内波向多为偏南向;冬季厦门湾平均有效波高相对较大,厦门岛北侧和东侧海域波向均为NE向.厦门湾湾内以风浪为主,涌浪较小,风浪、涌浪比较大,均在3以上;从湾外向湾内,风浪、涌浪比逐渐增加,至厦门湾南岸和泉州石井镇附近海域,风浪、涌浪比增加到5~6;在厦门湾东部和北部海域,风浪、涌浪比均在10以上.珍珠湾海域波浪最主要的能量耗散过程是由底摩擦引起的能量耗散,虽然冬季风速较大,但夏季风能输入的能量和白帽破碎耗散的能量均大于冬季;因冬季波浪相对较大,夏季底摩擦耗散的能量要小于冬季.     

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模式的近10年南海北部波浪能资源研究

利用QN(QuikSCAT/NCEP)混合风场驱动第三代海浪数值模式SWAN(SimulatingWaves Nearshore),得到中国南海北部1999年8月—2009年7月的海浪场,对该海域的波浪能资源进行综合分析,研究发现中国南海北部海域蕴藏着丰富的、适宜开发的波浪能资源.