基于WRF-SWAN耦合模式的台风“威马逊”波浪场数值模拟

获取高分辨率的风场数据和气压场数据是精确模拟台风浪的基础,采用经验公式构建台风风场和气压场对海浪模式进行驱动,无法反映台风影响下海气动力过程,难以提供高精度的风场、气压场数据。本文基于中尺度大气模式WRF(Weather Research and Forecasting model)和第三代海浪模式SWAN(Simulating WAves Nearshore model),构建了南中国海地区大气—海浪实时双向耦合模式,针对超强台风"威马逊"进行数值模拟。将数值模拟结果与现场观测结果及卫星高度计观测结果进行对比验证,验证结果表明,本文建立的WRF-SWAN耦合模式在对台风"威马逊"影响下的南中国海台风浪的模拟中展现出较高的模拟精度,揭示了台风风场分布和台风浪分布在空间上的"右偏性"不对称分布特征及其形成机制。基于WRF和SWAN建立的大气-海浪实时双向耦合模式能够准确模拟台风动力过程以及台风浪的时空分布特征,可以推广用于南中国海地区台风浪的模拟分析。     

风浪成长过程的空间演化方程

从海气相互作用的物理本质出发, 通过引入特征波的概念, 提出了能够合理刻画风浪成长过程的反馈型风浪空间演化方程. 虽然该方程非常简单, 但却包含了风浪成长过程中主要的控制因素, 可清晰地解释风浪成长过程中能量不断向低频转移的物理现象, 而无需借助非线性波 —— 波相互作用的概念, 所得到的各项结果与各种观测结果非常符合. 给出了一种既适用于实验室也适用于外海的风浪波高成长规律, 进一步坚实了利用实验室进行风浪研究的物理基础. 建立的风浪成长过程空间演化方程为海气相互作用机理研究以及海浪预报提供了一种新的思路.     

风浪试验方法探讨

本文对风浪试验研究方法中存在的问题与不足进行了探讨。首先，对比分析了天然风浪与试验风浪的风场差别，给出了二者特征风速间的换算关系；其次，采用人工风与不规则生波机相结合来生成与模拟风浪，延长了风区长度；最后，通过浅水波能谱试验，说明了推广与应用试验研究的价值和意义。     

台湾海峡及其邻近海域灾害性海浪的时空分布

据１９６６～１９９３年台湾海峡及其邻近海域灾害性海浪观测资料的统计分析得出,东海灾害性海浪平均每年出现１１．４６次,台湾海峡为７．２９次,台湾以东洋面及巴士海峡为１０．１１次;该区灾害性海浪出现次数有显著的年际和月际变化。这些结果可为台湾海峡区域海洋学的发展提供有意义的素材,也为防灾减灾,做好灾害性海浪短期预报和中、长期预测提供一条有效途径。     

北大西洋风浪特征研究

本文利用国际气象船舶报资料对北大西洋海区的风场特征和海浪的分布规律及季节变化进行了分析研究,得到了该地区风场特征与海浪季节变化的规律。     

南印度洋海浪场时空特征分析

根据 1950 —1995 年共 46 a 的南印度洋船舶气象报资料，按 5°×　5°网格统计的海浪要素进行分析研究。通过分析每月各要素的等值线分布图，得出南印度洋海浪场季节变化特点不如北半球各大洋显著，但仍有较明显的季节变化，只是季节性差异较小，冬季比夏季海浪强盛，相应的平均波高、大浪大涌频率也较大；盛行风浪传播方向、涌浪传播方向基本一致，10°S 以北为季风气候区，而其它海域则信风区常年盛行 SE 向浪，40°S 以南盛行偏 W 向浪。本文提供了南印度洋海域较为翔实的海浪场资料及变化规律。     

利用风要素计算港湾沿岸输沙率的一个数学模式

本文利用风浪要素计算方法,依波能流守恒法则,建立了一个由风要素计算港湾沿岸输沙率的数学模式Ql=1.906×10-8g-0.97F1.03u2.94cos1.2α0sinα0(m3/s).这模式对于缺乏测波资料的风速较小,水深较大(gd/u2)的海湾、湖泊等环境的沿岸输沙率求算具有实用价值.与现有主要几种计算沿岸输沙率的数模和方法进行计算比对,本文模式的计算结果有较好可信性与准确性.     

台湾海区的风浪特点及分布规律

收集了1960～1990年间的31 a国际气象船舶报资料,以中国台湾周边海区为中心,范围自20°N～28°N,116.5°E～124°E,划分为1°×1°网格单位,对风向、风速、浪向、浪高、周期等要素进行累年逐月统计和作图.通过分析研究,我们发现了该区的风浪特点和分布规律冬季风浪以台湾海峡中部为最大,尤其是澎湖列岛北部地区(风速大于20 m/s,浪高大于3.0m),但在台湾西南部沿岸以高雄为中心,风浪最小;夏季风浪以台湾海峡南口为最大(风速大于13.0 m/s,浪高大于2.0 m),台湾海峡风浪最小(风速小于1.0m/s,浪高小于1.5m).这些新的特点,在以往的2°×2°或5°×5°的大网格分析研究中是显示不出来的.     

南麂海域小风区风浪关系式

根据１９７０－１９８９年的实测资料，分析了南麂海洋站的风和浪，得到小风区风浪的关系式。这些关系式与水深因子无关。虽然它们带有经验的因素，但符合该区的实际情况，结果表明，在使用港工规范时它是有效的。     

基于SWAN模型的南中国海“莫拉菲”台风浪研究

我国的水运工程建设频繁受到台风浪的侵袭。为了对台风浪的防灾减灾提供有益帮助,本文基于第三代海浪模式SWAN建立了南中国海台风浪数值模型,并以“0906”号台风“莫拉菲”为例对模拟结果进行了分析。结果表明,台风风场与波浪场相似,即大小均由中心向外围递减,方向均为逆时针旋转;台风风场呈圆对称分布,而波浪场由于受到海底地形与岸线影响,呈现椭圆对称分布。有效波高等值线亦从中心向外围递减,且形状受地形与岸线影响较大。对台风浪组成机制的探讨结果显示风浪和涌浪均可组成台风浪,且海底地形与岸线(例如岛屿效应)亦对台风浪特性有所影响。