基于SWAN模式的2种网格对嵊泗海域海浪模拟的比较研究

采用WRF模型构造的再分析风场作为海浪模式的驱动场,由于嵊泗位于长江、钱塘江的交会处,附近海域地形复杂,不可避免的会产生折射、变浅、绕射、波浪破碎、非线性波相互作用等近岸物理过程,因此采用第三代海浪数值模式SWAN。本文采用矩形网格和加密的三角网格对2012年4月嵊泗列岛海域波浪场进行模拟,并将模拟的有效波高与实测数据进行验证和误差指标分析,分析结果显示,2种网格模拟的海浪场的效果都很好,其中三角网格的模拟效果更好,可以进一步提高海域有效波高模拟的准确度,可以更精确的刻画复杂的地形。     

黄海海浪天气时间尺度变化的数值模拟研究

利用第三代海浪数值模式(SWAN)系统研究了黄海海浪有效波高的天气时间尺度变化的时空分布特征和相关动力学过程。结果表明黄海海浪有效波高的天气变化强度(S_W)具有显著的时间变化特征和空间分布特征。其多年平均值在黄海的中东部存在由南向北延伸的高值区,同时向两侧近海区域逐渐减小。S_W在冬季最大,夏季最小。从11月到翌年5月,S_W月气候态平均值的空间分布与其年平均值的空间分布类似;从6月到同年10月,S_W的月气候态平均值在黄海与东海的分界处存在较强的由黄海到东海的空间梯度。进一步分析表明黄海海域的S_W以风浪占主,涌浪的贡献远小于风浪贡献。数值实验表明,黄海海浪有效波高的天气时间尺度变化主要是由大于天气变化周期的海面风强迫通过四波非线性相互作用产生的。     

两种海浪模式对中国黄海海域浪高模拟能力的比较

本文利用第三代海浪数值模式WAVEWATCH和SWAN模式,分别对黄海区域进行了理想模拟计算和实际浪场的模拟计算,结果表明:理想状态下两种模式的模拟结果在大小和空间分布上都不相同,但在大小及其变化趋势士相差不大;在实际模拟中,将两种模式的模拟结果与实际观测值相比,发现SWAN模式模拟结果较WAVEWATCH模式好,只是在高风速的模拟情况下,SWAN模式模拟结果偏大,而WAVEWATCH模式模拟结果偏小.     

利用高分辨率近岸海浪模式对墨西哥湾海浪场进行数值模拟

介绍了基于非结构三角网格的 SWAN 模式,并将其应用于墨西哥湾海域海浪的模拟研究。与实测数据对比分析表明,非结构三角网格下的 SWAN 模式能够较好地模拟墨西哥湾海域海浪。底摩擦耗散起作用的范围主要集中于墨西哥湾北部、南部近岸20m等深线以内水深变化较平缓区域。底摩擦耗散影响强度随水深变浅而增强。     

SWAN模式对黄渤海海域浪高的模拟能力试验

SWAN模式即第三代浅水波浪数值预报模式,不仅能仔细考虑能量平衡方程式中的各项源函数,而且对近海海域(浅水)以及复杂地形海域的浪高有很好的模拟能力。本文在简述我们从青岛海洋大学“九.五”国家重点科技攻关项目中引进的SWAN模式的基础上,详细论述了T213和MM5两种风场资料在SWAN模式中的应用及对比验证。发现MM5海平面上空10m处风场资料优于T213的1000hPa风场资料,用在SWAN模式对黄渤海海域浪高模拟中预报结果较好。     

运用SWAN数值模拟对渤海波浪极值参数的研究(英文)

本文以高分辨率后报风场资料为输入,采用SWAN波浪模式,模拟了渤海海域1985年至2004年共20年间的波浪场。通过有效波高数据的比较,可看出波浪数值结果与实测资料符合较好,可以用数值结果分析渤海海域的波浪特征。利用计算的年极值波要素,本文给出并分析了渤海海域不同重现期下的极值参数分布情况。     

黄海海浪季节变化的数值模拟研究

利用第三代海浪数值模式SWAN,研究了黄海海浪有效波高的季节变化特征及相关的物理过程。结果表明,在黄海的大部分区域,混合浪有效波高的最大值出现在冬季,而最小值则基本出现在夏季。北黄海北部和山东半岛南岸的近海海域呈现稍微不同的季节变化,有效波高的最大值出现在春季。全年4个季节中混合浪有效波高的空间分布基本一致:均在济州岛西南最大,沿黄海中部区域向北和由中部区域向近岸区域逐渐减小。黄海海浪为风浪占主,涌浪有效波高远小于风浪有效波高。在黄海的大部分区域,白冠耗散和四波非线性相互作用对黄海海浪的季节变化均至关重要;对于外海区域,四波非线性相互作用更为重要,而对于近海区域,白冠耗散则影响更大。本研究旨在研究黄海海浪的季节变化特征及其物理过程,为进一步探讨该海域海浪在其他时间尺度上的变异特征和动力学过程提供研究基础。     

SWAN模式对陆架浅水区有效波高的模拟研究及改进

验证了QSCAT/NCEP混合风场,并将其作为SWAN模式的驱动风场。以南黄海海域作为目标区域,对SWAN模式在陆架浅水区有效波高的模拟能力进行了研究。研究表明,默认参数下SWAN模式计算的有效波高较JASON-1卫星高度计数据偏小,最大偏差达0.6 m。通过对SWAN模式中各物理过程的分析,确定模式计算值偏小的原因是白浪耗散过大。采用参数修正法对白浪耗散项进行改进,将SWAN模式计算有效波高的均方根误差降低到0.16 m以下,相关系数提高到0.85以上。选择2002年中具有代表性的4个月对改进后SWAN模式进行验证,结果显示SWAN模式在研究区域具有良好的稳定性和适用性。     

风场对SWAN模式在台湾海峡后报结果的影响

本文利用SWAN模式模拟分析了CCMP和DASCAT两种常用风场数据在台湾海峡海面的浪场结果。东北季风期3个月的浪场模拟结果与浮标实测波高时序数据相比,偏差均值不大于0.33 m,偏差均方根不大于0.59 m。一般在浮标波高大于3.5 m和小于1.0 m时,偏差偏大。6 h分辨率的风场数据相较于24 h分辨率风场数据对应的模拟结果更接近于浮标实测结果。在6 h和24 h分辨率的CCMP风场数据和24 h分辨率的DASCAT风场数据的模拟结果中,两两结果间的空间相关系数均不低于0.90,偏差均值不大于0.32 m,偏差均方根不大于0.4 m。     

黄、渤海冷空气海浪场的集合预报试验

利用欧洲集合天气预报系统51个预报风场驱动SWAN海浪模式,对黄、渤海2013年12月-2014年2月期间受冷空气影响的海浪场进行数值模拟试验,并利用浮标观测资料对海浪集合预报结果进行初步检验分析,结果显示:从逐时平均偏差结果可知,24h预报时效内集合平均与控制预报性能相近,48~72h预报时效内,集合平均明显优于控制预报,但均比实况偏小;集合分位值(75、90百分位值和极端值)明显优于集合平均,且预报时效越长,优势越明显,集合预报极端值与实况相当或略偏大;从逐24h平均偏差结果可知,集合分位值(75、90百分位值和极端值)比集合平均和控制预报更接近实况。总的分析表明:集合分位值(75、90百分位值和极端值)对受冷空气影响的海浪场具有较强的分辨能力,可以提高对海浪场的预报水平,且有较好的应用潜力。     

SWAN模型中不同风拖曳力系数对风浪模拟的影响

本文以荷兰哈灵水道海域为实验区域,通过敏感性实验,研究了在14 m/s、31.5 m/s和50 m/s（分别代表一般大风、强热带风暴和强台风的极端条件）定常风速下SWAN模型中不同风拖曳力系数对风浪模拟的影响程度。结果表明,对于近岸浅水区域（水深小于20 m）,风拖曳力系数计算方案的选择对有效波高影响较小,而且当风速增加到一定程度后,波浪破碎成为影响波高值的主要因素;对于深水区域（水深大于30 m）,一般大风条件下风拖曳力系数计算方案的选择对有效波高影响仍然较小,随着风速的继续增大,风拖曳力系数计算方案的选择对有效波高的影响逐渐显著。对于平均周期,风拖曳力系数计算方案的选择和风速的改变对其影响均较小,而由水深变浅导致的波浪破碎对其影响较为显著。根据敏感性实验结果,本文对SWAN模型中风拖曳力系数计算方案的选择做出如下建议:计算近岸浅水区域风浪场或深水区域一般大风条件风浪场时,其风拖曳力系数可以直接采用模型默认选项;而对于深水区域更大风速条件,可首先采用模型默认选项试算,然后结合当地海域实测波浪资料进行修正。     

Surface wave simulation during winter with sea ice in the Bohai Sea

Sea ice can attenuate wave energy significantly when waves propagate through ice covers.In this study,a third-generation wave model called simulating wave nearshore(SWAN)was advanced to include damping of wave energy due to friction in the boundary layer below the ice.With the addition of an eddy viscosity wave-ice model,the resulting new SWAN model was applied to simulate wave height in the Bohai Sea during the freezing winter.Its performance was validated with available buoy data near the ice edge,and the new model showed an improvement in accuracy because it considered the ice effect on waves.We then performed a wave hindcast for the Bohai Sea during a freezing period in the winter of 2016 that had the severest ice conditions in recent years and found that the mean significant wave height changed by approximately 16.52%.In the Liaodong Bay,where sea ice concentration is highest,the change reached 32.57%,compared with the most recent SWAN model version.The average influence of sea ice on wave height simulation was also evaluated over a five-year(2013-2017)hindcast during January and February.We found that the wave height decrease was more significant in storm conditions even the eddy viscosity wave-ice model itself showed no advantage on damping stronger waves.     

应用SWAN模型分析航道对波浪传播的影响

应用SWAN模型,采用多向不规则波计算了秦皇岛港航道改造工程前后4个具有代表性波向的波浪场,分析了航道对工程区4个不同方向波浪传播的影响并得到了航道沿程的波高分布.改造后的秦皇岛港航道呈折线型,长为24.4 km,相应的计算区域较大,使Boussinesq模型因网格过多而难以进行计算,而缓坡方程模型在处理多向不规则波时计算过于繁琐,SWAN模型在大区域、多向不规则波情况下能够较好地解决计算问题.运用该模型计算的结果表明,秦皇岛港航道改造工程后距航道较近区域的波态发生明显的变化,但工程海区的波浪整体传播规律没有发生大的改变.     

Simulating typhoon waves by SWAN wave model in coastal waters of Taiwan

The SWAN wave model is typically designed for wave simulations in the near-shore region and thus is selected for evaluating its applicability on typhoon waves in the coastal waters around Taiwan Island. Numerical calculations on processes of wave heights and periods during the passages of four representative typhoons are compared with measured data from field wave stations on both east and west coasts. The results have shown that waves due to typhoons of paths 2, 3 and 4 can be reasonably simulated on east coastal waters. However, discrepancies increase for the simulated results on west coastal waters because the island's central mountains partly damage the cyclonic structures of the passing-over typhoons. It is also found that the included nested grid scheme in SWAN could improve the accuracy of simulations in coastal waters to facilitate further engineering practices.     

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。     

台湾海峡有效波高的SWAN模式与ERA-Interim数据对比分析

有效波高是描述海浪的关键参数。欧洲中期天气预报中心（ECMWF）提供的ERA-Interim再分析数据提供了全球海浪的有效波高,本文选取该数据在台湾海峡2013年3月份的有效波高结果,分别与浮标观测数据以及海浪数值模式SWAN （Simulating Waves Nearshore）的数值模拟结果相对比,来分析其预报效果。结果显示：在浮标点,ERA-Interim数据和SWAN模拟浪高数据与浮标浪高数据的时间相关系数分别为0.94和0.98,ERA-Interim数据的浪高均值约为浮标的51%,为SWAN模拟数据的70%。在台湾海峡区域,ERA-Interim数据与SWAN模拟浪高之间的空间异常相关系数（ACC）月均值为0.51,时序ACC曲线显示,一般在海峡东北口风初起时刻ACC值最小,在风吹遍海峡并增长的过程中,ACC迅速增加,在风速达到最大值之后,ACC开始下降,但ERA-Interim数据与SWAN数值模拟结果在整个海峡区域的浪高最大值与最小值分布位置基本一致。综合分析,ERA-Interim数据能够反映台湾海峡区域此时间段的有效波高的时空变化趋势,在数值上有明显低估。     

1105号台风“米雷”台风浪模拟研究

以CCMP(Cross-Calibrated,Multi-Platform)风场驱动目前国际先进的第三代近岸海浪模式SWAN (Simulating WAves Nearshore),对1105号台风“米雷”造成的台风浪进行数值模拟,基于浮标观测资料,验证了模拟数据的有效性,并对台风浪场的分布特征进行分析.结果表明:(1)以CCMP风场驱动SWAN模式,可以较好地模拟“米雷”所形成的台风浪场;(2)模拟的有效波高(SWH——Significant Wave Height)与浮标观测SWH在波高变化的走势上具有很好的一致性,模拟数据的走势则较为平缓,观测数据跳跃较为明显,模拟的SWH具有较高精度,仅在数值上略低于观测SWH; (3) SWAN模式对“米雷”所形成的台风近中心大浪区、台风眼、台风尾迹等方面进行了较好地刻画.