【摘 要】
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海浪研究是海洋研究中的重要部分。依托计算机的快速发展,现阶段数值模拟能精确地模拟海洋动力学过程,并能预测未来的海洋运动,它既是对海洋实验研究的有益补充,又能够对实验结果进一步应用。所以,在海洋研究领域,数值模拟的运用更加广泛。SWAN模式是当前常用的第三代波浪数值模式之一,适用于海岸、湖泊以及河口等浅水区域波浪的模拟。本文基于SWAN模式,在不同的参数设置及不同的风场驱动条件下,对中国近海海域特别
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海浪研究是海洋研究中的重要部分。依托计算机的快速发展,现阶段数值模拟能精确地模拟海洋动力学过程,并能预测未来的海洋运动,它既是对海洋实验研究的有益补充,又能够对实验结果进一步应用。所以,在海洋研究领域,数值模拟的运用更加广泛。SWAN模式是当前常用的第三代波浪数值模式之一,适用于海岸、湖泊以及河口等浅水区域波浪的模拟。本文基于SWAN模式,在不同的参数设置及不同的风场驱动条件下,对中国近海海域特别是台湾海峡的海浪进行了数值模拟,并对模拟结果进行分析。本文首先以台湾海峡为研究区域,采用CCMP风场数据为风场驱动项,先从SWAN模式自身不同物理过程出发,将每一个物理过程的不同参数方案模拟结果与浮标实测数据进行对比,确定了本文研究的最佳SWAN自身模式方案:1)风输入指数增长与白冠破碎项能量耗散的参数化方案:Janssen方案;2)底摩擦耗散计算方式:COLLINS计算方式;3)非线性波-波相互作用:三波非线性相互作用;4)浅化引起的波浪破碎参数数值:0.73。再从模式风场驱动项出发,将CCMP风场数据、CERA-SAT风场数据、ASCAT风场数据和浮标风场数据的模拟结果与浮标实测数据进行对比。分析可知,在浮标点处四种风场数据模拟结果与浮标数据相关系数都达到0.93以上,最高为0.97,模拟浪高整体偏小于浮标浪高;CERA-SAT风场数据与浮标风场数据模拟结果最接近浮标实测数据,而ASCAT风场数据模拟结果最为不理想。然后以CERASAT风场数据为风场输入项,通过改变同种风场数据的时间分辨率和空间分辨率,探究了风场数据的时间分辨率和空间分辨率对模拟结果精度的影响,研究表明提高时间分辨率和空间分辨率能够提升模拟结果的精度,但时间和空间分辨率在达到一定精度后对模拟结果的提升效果减弱,并且提高时间分辨率相比于提高空间分辨率对模拟结果精度的提升更为明显。上述结论为采用SWAN模式进行台湾海峡海浪模拟和预报提供了参考。鉴于CCMP风场具有最长的时间覆盖,以及其模拟结果的精度,特选择CCMP风场数据作为SWAN模式的风场输入项,模拟分析了台湾海峡海域海浪的季节性变化特征,结果表明台湾海峡海域海浪主要呈现为冬季海浪浪高较大、夏季海浪浪高较小的季节性变化特征,这与实测结果是吻合的。本文再以包括渤海、黄海、东海以及南海北部等海域的中国近海海域为研究区域,以CCMP风场数据作为SWAN模式的风场输入项,模拟了在这一大尺度范围内的海浪,并将模拟结果与ERA-Interim再分析海浪数据进行对比。研究表明在中国近海海域SWAN模拟结果的变化趋势与实际海浪变化趋势吻合较好;在越靠近海岸线的浅水区,模拟结果越接近ERA-Interim再分析海浪数据;当浪高较大时,整体范围上模拟结果较好,而当浪高较小时,模拟结果与参考海浪数据对比误差较大。最后还探究了中国近海海域海浪季节性变化特征,结果表明中国近海海域海浪也呈现为冬季海浪浪高较大、夏季海浪浪高较小的季节性变化特征。
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