风暴潮与波浪耦合数值预报模型的研究

发布时间：2020-06-04 18:41

【摘要】：风暴潮的研究是现代海洋技术发展中备受关注的一个课题,因为它威胁着沿岸城市的经济与人们的生命安全。我国海岸线绵长,每年夏秋季节遭热带气旋袭击,春冬受寒潮大风影响,致使沿岸一些城市成为受风暴潮致灾的频发区。研究风暴潮的产生、发展和对海岸线侵袭过程的物理机制具有重要的理论意义,特别是精确预报风暴潮具有迫切的现实意义。 本文通过分析风暴潮与波浪产生及耦合的机理,建立了风暴潮与波浪耦合数值预报模型。该模型从推导二维温带风暴潮控制方程出发,采用有限差分的ADI(Alternating Direction Implicit Method)格式对风暴潮方程进行离散和求解,建立了风暴潮数值计算模型,通过对风暴潮过程计算,实现对风暴潮潮位的实时预报。然后确定了采用动量谱方程描述的波浪模型SWAN计算模拟区域的波浪要素。利用潮流项与波浪辐射应力项将上述两个模型进行耦合,对模拟区域的风暴潮过程进行更为精确的计算。 为提高风暴潮数值预报模型的控制边界精度,在计算区域陆边界处采用局部深槽、缩小水域的方法,同时提出调和分析、嵌套模型和风场作用三位一体的风暴潮数学模型水边界确定方法。将上述风暴数值预报模型、波浪模式SWAN和两者的耦合模型分别应用于渤海湾海域,通过对发生在该区域的两次风暴潮过程的模拟计算,得到了波浪辐射应力作用前后风暴潮潮流、潮位过程和潮流影响前后有效波高、辐射应力分布状况。结果表明海域潮流受到波浪辐射应力的影响整体流速加快,而区域潮位则是不同程度受到影响。在模型的边界区域是波浪辐射应力的强作用区域,使得该区域的潮流受到明显扰动。同时波浪场在受到风暴潮潮流的作用时,SWAN模拟的有效波高变化较为明显,而波浪辐射应力在潮流作用前后未表现出较大的变化。通过上述结果分析,发现耦合模型的研究对于提高风暴潮潮位预报精度具有重要的意义。
【图文】：

图 2-1 坐标系示意图深方向的动水压强分布是符合静水压强分布规律的沿水深积分后平均可以得到沿水深平均的二维流动分过程中，采用以下定义和公式：H =h+ξ深；h、ξ 分别为某一基准面下的水底高程和自由平均流速u和时均流速u之间的关系为：∫ =ξhvdzHv1兹公式dz)f(x,y,h,xf(x,y,z,t)dzf(x,y,,t)x h + =∫ ξξξ底部运动学条件xξyξvyξuxξtξ== + + h(h)(h)h) ()

第四章 SWAN 模型在渤海湾的应用0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20时间 /h-0.100.10.2射辐力（应/Nm2）图 4-5 不规则波垂直岸线波浪辐射应力分布-6、4-7 分别表示由波浪辐射应力引起的增减水变化情况。对于，同时都是在距离岸边较远的地方发生波浪减水现象，而后逐岸较近的地方转为波浪增水现象，，到达岸边时达到最大增水。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：P731.23

【引证文献】

相关硕士学位论文 前1条

1 付元冲;长江口沿海地区温带风暴潮预报模式的建立及应用[D];华东师范大学;2016年

本文编号：2696811