近岸港口风暴潮与台风浪相互作用的数值模拟

为了模拟近岸港口风暴潮与台风浪的相互作用,利用ECOMSED和SWAN,采用嵌套方法,使用海图水深数据、Holland台风模型气压场,选择具有代表性的200808号台风为天气背景,规划4组数值试验,通过单向耦合研究该港区及邻近海域的台风浪和风暴潮水位相互影响。使用ECOMSED模式,按是否考虑波浪作用分别计算苏澳港风暴潮水位。对比结果表明,考虑海浪影响的风应力以后,风暴潮水位更加接近实测值,海浪通过风应力对苏澳港风暴潮位有全局性的调制作用,苏澳港内聚集更多的海水,内外的水位高度差加大,海平面更加倾斜。使用SWAN模式,按是否考虑风暴潮位影响分别计算了苏澳港的台风浪,试验结果表明,波高受风暴潮位的影响是局部的,靠近岸边的有效波高有所增大,增大的幅度约1m,而水位较深的地方有效波高变化不明显。     

台湾海峡台风浪的数值模拟

采用第3代海浪模式SWAN(simulation waves nearshore),在考虑了波浪折射、底摩擦、破碎、白浪、风能输入、非线性波波相互作用等物理过程的基础上,分别应用Jelesnianski模型风场、藤田气压公式计算的梯度风场以及考虑台湾海峡和台湾岛地形影响的台风风场(陈德文台风风场)模型,数值模拟了0813号"森拉克"、0815号"蔷薇"和0908号"莫拉克"3场台风过程在台湾海峡产生的台风浪,并与浮标观测结果对比.结果表明,陈德文台风风场模型数值模拟的台风浪结果与实测符合较好,其中模拟结果的有效波高平均绝对误差为0.55m,有效波高峰值平均绝对误差为0.19m,说明其对台风浪的模拟尤其是灾害性台风浪的模拟是成功的.     

1307号台风“苏力”台风浪数值模拟

以T639预报风场驱动目前国际先进的第三代海浪模式WW3(WAVEWATCH-III),对发生在2013年7月中旬的1307号台风"苏力"所致的海浪场进行数值模拟,并利用来自台湾岛、朝鲜半岛、日本的浮标观测资料,验证模拟台风浪场的有效性,进而对台风浪的结构特征进行分析,以期为台风浪场的数值预报、防灾减灾等提供科学依据.结果表明:1)以T639预报风场驱动WW3海浪模式,模拟的台风浪场较好地刻画了台风"苏力"的结构特征;2)与浮标观测资料对比发现,模拟有效波高整体上具有较高精度,与观测值在曲线走势上保持了较好的一致性,在数值上稍大于观测值;3)澎湖浮标站处的模拟有效波高与观测值出现较大差异,这应该与台湾海峡的复杂地形、T639预报风场在台湾海峡的准确度有关;4)台风海浪场与海表风场表现出较好的一致性,台风位于大洋时,高值中心的有效波高可达13m以上,台风逼近福建沿海时,带来了11m左右的巨浪.     

台风浪对掠海飞行器击水概率的影响

利用CCMP风场驱动目前国际先进的第3代海浪模式WW3,对发生在中国海的台风浪进行数值模拟,在国内首次利用来自日本、韩国的海浪观测资料,对模拟数据的有效性进行检验,并分析台风浪对掠海飞行器击水概率的影响,为提高导弹等掠海飞行器的生存和突防能力提供参考。研究发现：（1）模拟的海浪数据与观测数据具有较好的一致性,WW3模式较好地刻画了发生在中国近海的台风浪过程;（2）击水概率的大小因飞行高度呈现较大差异;（3）通过对3个转向型台风的分析发现,台风西行时,击水概率的大值区主要分布于第1、第4象限,北上时,击水概率的大值区主要分布于第1、第2象限,东北行时,击水概率的大值区主要分布于第1象限;（4）台风西行、北上时,台风中心位于击水概率大值区的南部,东北行时,台风中心位于击水概率大值区的西部。     

湛江港海域台风浪分布特征模拟

利用物理过程考虑得较全面的第三代近岸海浪数值模式(SWAN)，模拟了湛江港海域一次台风浪过程。结果表明：台风风场直接决定了海浪的分布特征。在台风场的驱动下，风向与浪向基本上是一致的，并且波高、波长与周期的发展和传播方向与风向也是一致的；风速的大小决定了波高、波长与周期的大小。此外，海浪的分布特征受台风中心的位置和移动路径影响较大，当台风中心位于湛江港海域的不同位置时，台风浪有效波高、波长与周期的分布特征及传播方向都有着较大的差异，可以为湛江港海域台风浪的预报提供借鉴。     

基于模型耦合的北部湾风暴潮增水与风浪模拟研究

台风风暴潮引发的增水和风浪效应是造成沿海低地灾害和损失的重要因素。本文设计了区域嵌套、波-流耦合的有限元数值模拟系统,对北部湾及附近海域风浪和增水过程进行有效模拟,精度达到应用要求。结果表明北部湾在台风影响下引起明显风浪和增水效应。台风中心风浪较小,仅1 m以内;而台风臂扫过海域风浪较大,可达9 m以上。最大增水海域出现在北部湾东侧靠近琼州海峡附近,可达2.5 m。风浪与增水叠加具有非线性效应,最大增水与最大风浪出现时间如与大潮高潮位相遇易形成超高水位,将对北部湾沿岸低地造成巨大淹没风险。本研究意在突破北部湾现有模型局限性,为进一步深化科学研究和工程应用提供基础数据。     

台风波浪推算方法的探讨

根据历史台风天气图,基于SMB有效波生成理论,从实测资料出发,采用由无因次波高、周期和风时、风区、风速之间的关系式所得的图解,对福建沿海罗源湾海区4次大台风浪进行了验证推算表明,在目前国内尚未提出更完善的台风波浪推算方法之前,正确地应用本方法,有可能为海岸工程,海洋工程提供一部分台风海浪资料作为设计依据.本文并对台风波浪推算中的重要问题,诸如:台风区内气压场模式、风场分布图式、推算图解精度等问题作了探讨.     

SWAN模型风能输入项的改进与验证

为了分析第三代海浪数学模型——SWAN模型的风浪模拟能力,分别计算了恒定风场和台风时变风场下的波浪场.恒定风场中假定不同的风速及风区长度,通过比较SWAN模型与SMB方法等经验风浪公式的计算结果,得出SWAN模型风浪模拟的适用范围.针对大风速下计算波高偏大的情况,通过分析参考波速引起的输入风速变小及拖曳力系数饱和等因素,提出了风能输入项的修正方法,并采用同步观测的风、浪资料对修正前后的计算结果进行了比较验证.结果表明,在大风速情况下,修正后的SWAN模型的模拟波高更接近于经验公式结果及实测数据.在SWAN模型风能输入项中引入参考波速引起输入风速减小及对拖曳力系数饱和因素的修正,可以更好地模拟大风速下的波浪场.     

风浪与涌浪相互影响的实验

大自然的海浪往往是风浪与涌浪混合在一起,为此研究了实验室的风浪水槽中模拟风浪与涌浪的相互影响,用脉动风模拟风浪及风与浪的耦合作用,用造波机产生不规则波模拟周期相对较长的涌浪．通过单独风浪、单独涌浪、先风浪后涌浪和先涌浪后风浪4种情况的模拟,从波谱的角度分析风浪与涌浪相互影响的规律．发现影响风能输入的主要因素是波浪是否充分发展,而与波陡、风速、波速等没有直接关系,为风浪对海上建筑物的耦合作用研究提供了依据．     

南中国海台风“莫拉菲”风场模型建立

介绍热带气旋风场模型的研究进展,列举主流的圆对称风场模式.将Myers圆对称风场模型与宫崎正卫的移行风场相结合,根据2009年06号台风的典型特征要素,以南中国海台风"莫拉菲"作为研究范例建立一个符合北半球特性的风场模型.实测资料的验证结果表明,该模型在计算南中国海海域的热带气旋时具有较高的精度,可用于推测台风浪.     

长江口附近海域台风浪特征分析

为了解长江口附近海域台风浪特征,于1999年台风季节利用SBE－26型浪潮仪在长江口外皮礁测点对9904、9906和9912号三次台风过程进行波浪观测,并对H1／3＞1．2m波高春对应周期进行统计分析,对测到的全部90组波面记录进行功率分析,得到了一系列有用的结论。     

基于选定风浪方向谱的海浪模拟方法

简要回顾当前第三代海浪模式中的困难。为避开这些困难,作者提出一种新的海浪模拟方法,其中特定定义的风浪组成波依常风下随时间成长的方向谱计算,而涌浪组成波藉考虑涡动黏性和底摩擦加以计算。并进行了常风场和变风场下系统的数值试验。在常风速情形中,模拟结果能精确地化为建立模拟所根据的谱和风浪成长关系。计算显示出台风中心附近浪场的极端复杂的谱结构。当风速骤然降低时,模拟的波高减小与观测符合。在风向逐渐或骤然改     

复Morlet小波方法遥感反演海浪波长和水深的仿真分析

利用海浪造成的遥感影像波纹状特征,可以基于小波方法反演海浪波长,进而利用海浪波长随水深变浅而变短的特点反演浅海水深.选择复Morlet小波方法,采用理想波面数据和FUNWAVE模式数值模拟的波面数据代替遥感资料进行仿真研究,讨论资料分辨率和子图分割对波长及水深反演的影响.理想波面数据反演波长的结果表明,在波长空间无变化...     

Numerical Experiments of the Influence of Tide on Waves in Taiwan Strait

引用第三代海浪模型SWAN(simulation waves nearshore),首先模拟了台湾海峡冬季大风过程所致的海浪,模拟结果与浮标实测波高吻合较好;进而就潮流对海浪的影响进行了数值实验.在不同风速下,模拟了有潮流影响和无潮流影响下的有效波高,结果表明:潮流对海浪有效波高的影响呈现明显的潮周期振荡性质,对同一潮流场,波高振荡的振幅随有效波高的增大而增大,且拟合了波高振荡的平均振幅a与有效波高Hs的关系,定量描述潮流对海浪的影响.     

台湾海峡潮流对海浪影响的数值实验

引用第三代海浪模型SWAN(simulation waves nearshore),首先模拟了台湾海峡冬季大风过程所致的海浪,模拟结果与浮标实测波高吻合较好;进而就潮流对海浪的影响进行了数值实验.在不同风速下,模拟了有潮流影响和无潮流影响下的有效波高,结果表明:潮流对海浪有效波高的影响呈现明显的潮周期振荡性质,对同一潮流场,波高振荡的振幅随有效波高的增大而增大,且拟合了波高振荡的平均振幅a与有效波高Hs的关系,定量描述潮流对海浪的影响.     

相似路径台风风暴潮过程对比

基于MIKE 21模型和Holland台风风场模型,构建了1909号利奇马和0509号麦莎2次相似路径台风期间的风场和气压场,并模拟了相应的风暴潮过程。结果表明：台风中心附近增水变化显著,浙江东北部海域在台风登陆期间的增水更大;受台风强度影响,台风利奇马期间增水高值区更大,部分海域2次台风期间最大增水差值接近1.0 m;潮致欧拉余流速度较大值主要分布在100 m水深以浅的海域,量值超过20 cm/s,江苏沿海、台湾东北部海域存在欧拉余环流;台风利奇马期间近海斯托克斯余流值普遍小于麦莎期间;斯托克斯余流项对台风期间长江口、浙闽等近海浅水区短期物质输运过程起一定主导作用。用EMD方法和Hillbert变换分析了典型站点风暴潮位的特征,发现站点IMF1模态和天文潮位较吻合;水深和IMF3模态的最大功率谱密度呈现出较高的相关性,并且随着水深的增加,IMF3模态的最大功率谱密度逐步变大。     

河口区径流对台风暴潮影响研究

台风暴潮-径流相互作用增大河口台风暴潮位,从而增大台风暴潮灾害.本文基于FVCOM模式建立了河口及附近海域的台风暴潮数值模型,并以9711台风和0608台风为风-气压场来源.依据台风期间的实测径流量过程Q(t),设计了4个径流过程q(t),并与q(t)=0时进行对比,讨论了台风暴潮模拟中考虑上游径流的必要性;研究了浙江省南部沿海椒江、欧江、飞云江和鳌江河口区径流和台风暴潮的相互作用,并分析了径流量变化对海门、温州、瑞安和鳌江观测站台风暴潮位以及各河流口门内最大台风暴潮位包络线的影响.结果显示:径流量越大,观测站的台风暴潮位增量越大且台风暴潮位的最大增量出现在台风登陆后;9711台风期间椒江台风暴潮位受径流的影响较瓯江更显著;0608台风期间飞云江台风暴潮位受径流影响较鳌江更显著.本文研究成果为河口台风暴潮防灾减灾提供有价值的参考.     

基于WAVEWATCH-Ⅲ的台风浪模拟对比

为了验证目前国际最新的第三代海浪模式WW-Ⅲv4.18的模拟效果,基于该模式建立了区域海浪试验模型,采用基于欧洲中期天气预报中心的ERA-Interim海表风场模型和台风风场模型的合成作为驱动场,利用WW-Ⅲv3.14作为对比模式,对发生在2015年8月中旬的台风"天鹅"产生的海浪场进行数值模拟,并利用卫星高度计资料验证模拟浪场的有效性,进而对比分析了WW-Ⅲv3.14和v4.18的模拟结果,以及本次台风的辐射应力场。结果表明,模拟波高与观测资料吻合程度较高,在台风影响区域,相较于v3.14的模拟效果,v4.18模拟的波高较好,相应辐射应力较大。WW-Ⅲv4.18在波高模拟上较v3.14有所改进,v4.18模拟的涌浪较v3.14更为合理,且模拟的辐射应力场也相对合理。     

结合台风模拟的混合气候下分风向极值风速估计方法

采用Monte Carlo方法分别获取台风和良态风气候的极值风速样本.其中,台风气候极值风速采用Yan Meng台风模型进行模拟,而良态风气候则是对气象站风速数据拟合极值分布后再模拟一定数量的极值数据,然后对两者进行组合.最后,结合风速风向分布模型提出一种考虑风向的极值风速估计方法.利用该方法对上海地区极值风速设计值进行了估算,并讨论了其特性.模拟结果不仅同时展现台风和良态风两种气候的极值分布形态,还表明了受台风影响的地区各个风向上极值风速具有一定程度的相关性.     

湛江港海域台风浪模拟研究

利用第3代近岸海浪数值模式对影响南海湛江港海域的3次台风浪过程进行了模拟研究。结果表明：由藤田台风模型同化相应时刻的台风要素、NCAR网格点资料、单站观测资料后提供模式所需风场，利用自嵌套方式提供模式所需波谱边界条件的处理方法，对这3次台风浪的模拟来说，是较为理想的，此方案可为该海域台风浪的模拟预报提供较好的参考。