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[摘 要]利用WRF模式嵌套区域计算所得的10 m风场资料作为SWAN模式的驱动风场，模拟2011年渤海海峡海浪场，通过统计模拟的海浪浪向、有效波高、周期和波长等要素，发现：渤海海峡年累计浪向与辽东半岛南端海岸线走向基本一致，受东亚季风影响，不同季节常浪向和次常浪向存在一定差异，年均有效波高0.82m，各月份不同级别波高所占比例不同，该海区海浪年均周期3.0s，平均波长14.8m。
[关键词]SWAN模式 渤海海峡 海浪特征
中图分类号：T7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）37-0177-02
引言
渤海海峡是进出渤海的海上必经之地，随着海岸和海洋资源开发、内海航运等事务日趋增多，对渤海海峡一线水文气象保障的需求也越来越多，这促使人们更加关注该区域波浪分布特征及变化规律[1-2]。
本文着重分析渤海海峡旅顺沿岸海区的海浪特征，由于该海区连续的海浪实况观测资料较少，利用SWAN模式模拟的海浪场统计分析该区域海浪状况。SWAN模型是第三代海浪模式，由荷兰Delft大学开发并维护，它适用于海岸、湖泊、河口水域的风浪、涌浪及混合浪的模拟[3]。SWAN模式第一个公开发布的版本为SWAN 30.51，本文所用版本为SWAN 40.72。该版本可以模拟的物理过程包括：在时间和空间上的波浪传播、浅水变形、由流和水深引起的折射、由流和非平稳的水深变化引起的频移；风成浪；三波和四波非线性相互作用；白浪破碎、底摩阻和水深变浅引起的波浪破碎；从实验室尺度到全球尺度的波浪传播等。
1.模拟方法
SWAN模式的驱动风场采用WRF模式嵌套区域计算所得的10 m风场资料，模拟该海区的地形分辨率为（1/30）°×（1/30）°，计算时间从2011年1月1日00：00-12月31日23：00。每1 h输出一次结果，前人的研究表明SWAN模式对近岸海浪具有较好的模拟能力[4-5]，本文不再重复验证过程。
2.海浪特征
2.1 浪向特征
图1给出了2011年海区年累计波向和风向频率玫瑰图，从图中可看出，年累计波向以NE、W和N向为主，其中常浪向为NE，频率是16.9%，次常浪向为W，频率是16.8%，N向浪略少于NE和W向浪，为15%；全年E、SE，S，SW，NW向浪相对较少，频率介于9%-11%。年累计风向以N向最多，频率是38%，其次是S向，频率为15%，比对浪向和风向的年累计频率，发现：二者的分布特征存在一定差异，波向年累计频率与风向频率并不一致，这种不一致性可能是由于该海区四周独特的地形造成的，波向多与辽东半岛南端海岸线走向一致。
就各季节而言，冬季（12-2月）海区以W向浪最多，N，NW向次之，三个方向的总频率超过67%，SE向浪最少，频率不超过2%，冬季该海区处于东亚冬季风的控制之下，冷空气由亚欧大陆，经渤海向东南方向移动，造成W、N、NW向浪较多。
进入春季（3-5月）之后，冷空气势力有所减弱，但其对该海区的影响依然强于偏南的暖湿气流，该季节海区浪向以NE、N和NW向浪为主，三者占全部浪向的62%，偏S向的浪相对较少。
夏季（6-8月）该海区在东亚夏季风的控制之下，波向以SE居多，频率为25.6%，NE、E次之，频率分别为19.2%和18.9%；N向和NW向浪明显减少，分别为5.2%和3.2%。夏季海区盛行偏南风，在风场强迫下，海浪由黄海向渤海传播，加之辽东半岛的阻隔作用，因此造成夏季浪向以NE至SE向为主。从冬季到夏季，海区盛行浪向由西北经东北向东南方向转变，整体呈现顺时针变化。
秋季（9-11月）是夏季风向冬季风转换的时期，海区NE向频率与W向频率基本相当，为20%左右，NW向和SE向浪向对较少，二者均不足7%。
2.2 波高特征
2011年最大有效波高出现在6月份，为5.38m；4月份最大有效波高为2.33m，是全年中最大有效波高最小的月份。2011年海区平均有效波高为0.82m，11月份平均有效波高是一年中最大的月份，平均值为1.11m，7月份最小，为0.58m。就季节而言，冬季平均有效波高最大，春季次之，夏季最小。由不同波级各月频率图可见，2011年海区以0.5-1.0m浪出现的频率最多，除8月份外，全年其他它月份0.5-1.0m浪出现频率均大于30%，9月份频率最高，达52.4%。0.0-0.5m浪出现频率小于0.5-1.0m浪，处于各个级别浪高的第二位，各月份0.0-0.5m浪所占频率差别较大，8月份所占频率最高为55.3%，11月份出现频率最低为14.9%。1.0-1.5m浪在各月份中出现频率均小于30%，7月份、8月份和9月份1.0-1.5m浪出现频率不足10%。1.5-2.0m和2.0m以上浪在各个级别浪级中所占比例最低，除11月份外，其它月份这两个级别的浪高所占频率均在10%以下。
2.3 周期特征
各月平均周期介于2.8-3.3s之間，其中11月平均周期最大为3.3s，2月和7月份平均周期最小为2.8s，年均周期为3.0s，全年最大周期为7.3s，出现在9月份。
2.4 波长特征
各月平均波长介于13-18m之间，年均波长为14.8m，其中11月平均波长最大为18m，2月、7月和9月平均波长最小为13m，全年最大波长为81m，出现在6月份。
从不同级别波长的海浪出现频率分析，10-20m级别波长在2011年各月份中出现频率最高，除8月份其频率为45.6%外，其它月份出现频率均在50%以上，其中9月份频率最高达65.5%；0-10m波长海浪出现频率低于10-20m海浪，但高于其它级别波长海浪出现频率，1月-7月该级别波高出现频率介于20-30%，8月份频率为43.2%，是一年中该级别波长出现频率最高的月份，其后频率迅速降低，11月份达最低，为8.9%；20-30m波长海浪出现频率介于10%-25%之间，且呈现两波峰两波谷型，4月和11月处于波峰，2月和9月处于波谷；30-40m波长海浪所占比例最低，除11月份30-40m波长海浪频率为9.8%外，其它月份30-40m和40m以上波长的海浪所占比例不足5%。
3.结论
（1）海区波浪受地形和季风影响，2011年常浪向为NE，频率是16.9%，次常浪向为W，频率是16.8%；从冬季到夏季，海区主导浪向呈NW-NE-SE顺时针变化。
（2）海区年平均有效波高0.82m，0.5-1.0m波高出现频率最高，除8月份外，全年其它月份内0.5-1.0m波高出现频率大于30%。
（3）海区波浪平均周期3.0s，最大周期7.3s；平均波长14.8m，最大波长81m，10-20m级别波长在2011年各月份中出现频率最高，除8月份其频率为45.6%外，其它月份出现频率在50%以上。
参考文献
[1] 张薇，高山，訚忠辉，等.渤海灾害性海浪特征分析[J].海洋预报，2012，29（5）：73-77.
[2] 许富祥，余宙文.中国近海及其临近海域灾害性海浪监测和预报[J].海洋预报，1998，15（3）：63-68.
[3] 徐福敏，张长宽，陶建峰.浅水波浪数值模型SWAN的原理及应用综述[J].水科学进展，2004，15（4）：538-542.
[4] 郭衍游，侯一筠.海浪数值预报误差的统计分析[J].海洋科学，2010，34（1）： 65-68.
[5] 杨洋，朱志夏，周科.西北太平洋台风浪数值模拟[J].海洋科学，2010， 34（2）： 62-67.
[关键词]SWAN模式 渤海海峡 海浪特征
中图分类号：T7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）37-0177-02
引言
渤海海峡是进出渤海的海上必经之地，随着海岸和海洋资源开发、内海航运等事务日趋增多，对渤海海峡一线水文气象保障的需求也越来越多，这促使人们更加关注该区域波浪分布特征及变化规律[1-2]。
本文着重分析渤海海峡旅顺沿岸海区的海浪特征，由于该海区连续的海浪实况观测资料较少，利用SWAN模式模拟的海浪场统计分析该区域海浪状况。SWAN模型是第三代海浪模式，由荷兰Delft大学开发并维护，它适用于海岸、湖泊、河口水域的风浪、涌浪及混合浪的模拟[3]。SWAN模式第一个公开发布的版本为SWAN 30.51，本文所用版本为SWAN 40.72。该版本可以模拟的物理过程包括：在时间和空间上的波浪传播、浅水变形、由流和水深引起的折射、由流和非平稳的水深变化引起的频移；风成浪；三波和四波非线性相互作用；白浪破碎、底摩阻和水深变浅引起的波浪破碎；从实验室尺度到全球尺度的波浪传播等。
1.模拟方法
SWAN模式的驱动风场采用WRF模式嵌套区域计算所得的10 m风场资料，模拟该海区的地形分辨率为（1/30）°×（1/30）°，计算时间从2011年1月1日00：00-12月31日23：00。每1 h输出一次结果，前人的研究表明SWAN模式对近岸海浪具有较好的模拟能力[4-5]，本文不再重复验证过程。
2.海浪特征
2.1 浪向特征
图1给出了2011年海区年累计波向和风向频率玫瑰图，从图中可看出，年累计波向以NE、W和N向为主，其中常浪向为NE，频率是16.9%，次常浪向为W，频率是16.8%，N向浪略少于NE和W向浪，为15%；全年E、SE，S，SW，NW向浪相对较少，频率介于9%-11%。年累计风向以N向最多，频率是38%，其次是S向，频率为15%，比对浪向和风向的年累计频率，发现：二者的分布特征存在一定差异，波向年累计频率与风向频率并不一致，这种不一致性可能是由于该海区四周独特的地形造成的，波向多与辽东半岛南端海岸线走向一致。
就各季节而言，冬季（12-2月）海区以W向浪最多，N，NW向次之，三个方向的总频率超过67%，SE向浪最少，频率不超过2%，冬季该海区处于东亚冬季风的控制之下，冷空气由亚欧大陆，经渤海向东南方向移动，造成W、N、NW向浪较多。
进入春季（3-5月）之后，冷空气势力有所减弱，但其对该海区的影响依然强于偏南的暖湿气流，该季节海区浪向以NE、N和NW向浪为主，三者占全部浪向的62%，偏S向的浪相对较少。
夏季（6-8月）该海区在东亚夏季风的控制之下，波向以SE居多，频率为25.6%，NE、E次之，频率分别为19.2%和18.9%；N向和NW向浪明显减少，分别为5.2%和3.2%。夏季海区盛行偏南风，在风场强迫下，海浪由黄海向渤海传播，加之辽东半岛的阻隔作用，因此造成夏季浪向以NE至SE向为主。从冬季到夏季，海区盛行浪向由西北经东北向东南方向转变，整体呈现顺时针变化。
秋季（9-11月）是夏季风向冬季风转换的时期，海区NE向频率与W向频率基本相当，为20%左右，NW向和SE向浪向对较少，二者均不足7%。
2.2 波高特征
2011年最大有效波高出现在6月份，为5.38m；4月份最大有效波高为2.33m，是全年中最大有效波高最小的月份。2011年海区平均有效波高为0.82m，11月份平均有效波高是一年中最大的月份，平均值为1.11m，7月份最小，为0.58m。就季节而言，冬季平均有效波高最大，春季次之，夏季最小。由不同波级各月频率图可见，2011年海区以0.5-1.0m浪出现的频率最多，除8月份外，全年其他它月份0.5-1.0m浪出现频率均大于30%，9月份频率最高，达52.4%。0.0-0.5m浪出现频率小于0.5-1.0m浪，处于各个级别浪高的第二位，各月份0.0-0.5m浪所占频率差别较大，8月份所占频率最高为55.3%，11月份出现频率最低为14.9%。1.0-1.5m浪在各月份中出现频率均小于30%，7月份、8月份和9月份1.0-1.5m浪出现频率不足10%。1.5-2.0m和2.0m以上浪在各个级别浪级中所占比例最低，除11月份外，其它月份这两个级别的浪高所占频率均在10%以下。
2.3 周期特征
各月平均周期介于2.8-3.3s之間，其中11月平均周期最大为3.3s，2月和7月份平均周期最小为2.8s，年均周期为3.0s，全年最大周期为7.3s，出现在9月份。
2.4 波长特征
各月平均波长介于13-18m之间，年均波长为14.8m，其中11月平均波长最大为18m，2月、7月和9月平均波长最小为13m，全年最大波长为81m，出现在6月份。
从不同级别波长的海浪出现频率分析，10-20m级别波长在2011年各月份中出现频率最高，除8月份其频率为45.6%外，其它月份出现频率均在50%以上，其中9月份频率最高达65.5%；0-10m波长海浪出现频率低于10-20m海浪，但高于其它级别波长海浪出现频率，1月-7月该级别波高出现频率介于20-30%，8月份频率为43.2%，是一年中该级别波长出现频率最高的月份，其后频率迅速降低，11月份达最低，为8.9%；20-30m波长海浪出现频率介于10%-25%之间，且呈现两波峰两波谷型，4月和11月处于波峰，2月和9月处于波谷；30-40m波长海浪所占比例最低，除11月份30-40m波长海浪频率为9.8%外，其它月份30-40m和40m以上波长的海浪所占比例不足5%。
3.结论
（1）海区波浪受地形和季风影响，2011年常浪向为NE，频率是16.9%，次常浪向为W，频率是16.8%；从冬季到夏季，海区主导浪向呈NW-NE-SE顺时针变化。
（2）海区年平均有效波高0.82m，0.5-1.0m波高出现频率最高，除8月份外，全年其它月份内0.5-1.0m波高出现频率大于30%。
（3）海区波浪平均周期3.0s，最大周期7.3s；平均波长14.8m，最大波长81m，10-20m级别波长在2011年各月份中出现频率最高，除8月份其频率为45.6%外，其它月份出现频率在50%以上。
参考文献
[1] 张薇，高山，訚忠辉，等.渤海灾害性海浪特征分析[J].海洋预报，2012，29（5）：73-77.
[2] 许富祥，余宙文.中国近海及其临近海域灾害性海浪监测和预报[J].海洋预报，1998，15（3）：63-68.
[3] 徐福敏，张长宽，陶建峰.浅水波浪数值模型SWAN的原理及应用综述[J].水科学进展，2004，15（4）：538-542.
[4] 郭衍游，侯一筠.海浪数值预报误差的统计分析[J].海洋科学，2010，34（1）： 65-68.
[5] 杨洋，朱志夏，周科.西北太平洋台风浪数值模拟[J].海洋科学，2010， 34（2）： 62-67.