基于WRF-SWAN模式的韦帕台风波浪场模拟

为获取更为准确的台风过程波浪模拟结果,将中尺度大气模式WRFD海面以上10 m处风速资料作为驱动风场提供给第三代海浪模式SWAN进行波浪计算,模拟了0713号"韦帕"台风的波浪场过程。模拟和实测资料比较结果表明WRF模式能较好地模拟韦帕台风过程,给SWAN模型提供高精度风场资料,WRF-SWAN模式能够较好模拟韦帕台风过程中海浪的演化和传播。     

“韦帕”台风过程中南黄海海域流场研究

台风经过海域时,会造成海面强风以及特殊分布的波浪场,可能引起潮流场的强烈变化。为深入探讨台风过程中流场的变化,研究风应力与辐射应力对潮流场的作用,选用WRF模型、第三代海浪模式SWAN、三维水动力模型FVCOM,针对"0713"号"韦帕"台风期间的台风风场、潮流场、波浪场进行数值模拟。结果表明WRF-SWAN-FVCOM模式能够较好地模拟"韦帕"台风期间南黄海海域流场。波浪和流场受旋转台风影响均出现旋转特性,但与台风旋转风场有一定延迟。与纯潮流场相比,风应力和波浪辐射应力对表层流场产生明显影响,风场影响最为显著,波浪辐射应力使南黄海海域沿岸流发生一定增大。     

台风对舟山某渔港工程码头波况影响的模拟

采用改进的藤田气压模型计算8114号台风风场，同时采用MIKE21 SW波浪数学模型模拟台风作用下的波浪场。通过数值模型计算，提供码头位置在台风过境时的波浪情况，为工程建设提供依据。计算结果表明：8114号台风期间，工程海域出现12级以上的西北向大风，登步岛码头水域的有效波高大约在2.5 m，西闪岛码头水域约为2.0 m；波浪周期约为4.5 s；登步岛码头和西闪岛码头水域波向均在W—NW向。从8114号台风过境时码头水域的波浪场模拟计算结果可以看出，外海波浪对工程水域影响不明显，工程水域仍受岛上局地风浪影响。     

连云港海域“达维”台风风暴潮数值模拟*

“达维”台风是建国以来登陆长江以北地区最强的台风。应用Jelesnianski台风参数模型、MIKE-SW波浪模型和MIKE-FM潮流模型,研究该台风在江苏海域登陆过程中台风浪、风暴潮的分布特征。计算结果表明,台风参数模型和台风浪模型验证较好,能够为风暴潮模拟提供准确的动力条件。台风过境期间,连云港海域最大风速超过40 ms,产生明显的海面强烈上升现象,台风中心附近水域最大风暴增水为1.7～1.8 m,高潮时刻风暴增水为0.6～0.7 m。该模拟系统能够准确模拟台风过境期间连云港海域风暴潮变化过程,对防灾减灾的数值预报具有重要价值。     

台风"莎莉嘉"过境期间某泻湖内波浪特征分析

通过在某岛礁泻湖内布置ADCP波流测量仪器,采集到2016年21号台风"莎莉嘉"期间的波浪数据.结合布置在泻湖口处风速仪的风实测数据,本文对该时间段内的波浪特征进行分析.由波浪统计数据分析发现有义波高随时间的变化趋势与风速的变化趋势高度重合;谱峰周期的变化则要晚于风速的变化;谱峰方向在台风起主导作用期间与风向高度一致.通过分析多个无因次参数以及对风浪和涌浪进行分离发现测点与台风中心距离开始变大的这个时间点有着重要的意义.在该时间点,波长开始变长,波浪由无限水深波浪转变为有限水深波浪.一些波浪特征值,比如谱峰周期、a/L,也发生比较大的变化.此后在七级风半径不再覆盖测点时,该处波浪由风浪转变为涌浪.对波浪谱进行分析发现,在台风主导期间,其谱为单峰谱,其余时间则为双峰谱.     

南玛都台风期间平潭湾风浪及风暴增水数值模拟

选用WRF大气模式模拟风场及气压场,利用第三代近岸海浪数值模型SWAN与潮流模型ADCIRC的耦合模型,对福建平潭地区在1111号"南玛都"台风期间的风浪及湾内风暴增水过程进行模拟。台风过境期间,平潭湾内增水最大1 m,波高可达4.5 m,计算结果与实测资料吻合较好,验证了模型在该区域内的合理性。结果表明,WRF模式能有效地反映的大气条件真实情况,选用Ferrier微物理过程及KF积云方案能更好地模拟该台风过程。     

卫星资料连续同化在“威马逊”台风浪模拟中的应用

基于中尺度大气模式WRF,以1409号超强台风"威马逊"台风为例,通过WRFDA同化模块及快速辐射传输模式CRTM进行微波辐射资料AMSU-A连续同化,来探究卫星资料同化对风场模拟的影响,并利用SWAN模型模拟台风风场驱动下的波浪场。结果表明,采用连续同化AMSU-A资料的方法能够较为显著地提高台风路径、强度以及台风作用下波浪场的模拟效果。     

2011年“梅花”台风过程波浪模拟研究

利用具有实测气象资料同化功能的WRF模型和MCT实时耦合SWAN-FVCOM模式,对"梅花"台风过程的风、浪、流进行数值模拟,计算结果与实测结果对比表明,数模结果能较好描述台风路径、台风风场以及波浪场。将台风期间大连损毁海岸工程附近海域波浪特征与50年一遇设计波浪进行了对比,建议在我国东部沿海受台风影响的沿岸设计波浪要素的确定中进一步加强对较长周期波浪的研究。     

SWAN在台湾海峡台风浪场数值模拟中的应用研究

简要介绍了波浪模式的发展及应用较为广泛的几种第三代能量谱海浪模式的特点。为了研究台湾海峡台风浪场的分布特征,以0903号"莲花"台风为例,选取第三代能量谱海浪模式SWAN,充分考虑底摩擦、风、白浪破碎、波波非线性相互作用、波浪浅化效应等物理过程,模拟了该海域的台风浪场的分布特征。将模拟结果与实测波浪、风资料对比分析,结果表明风速、有效波高计算值与实际值符合性较好,SWAN模式在海域的适应性良好。     

台风作用下人工岛周边海域波浪场数值模拟研究

建立了WRF-SWAN大气波浪模型,对台风作用下人工岛周边海域风浪场进行数值模拟计算,计算结果表明,WRF大气模型较好的模拟了台风过程中风动力变化过程,并未SWAN模型提供高精度风场资料。人工岛的建设对台风作用下周边海域波浪场产生了不同程度的变化,通过波浪场变化分析对人工岛周边海域沿岸输沙做进一步预测。     

大连港太平湾港区波浪物理模型研究

通过波浪整体物理模型试验,对大连港太平湾港区起步工程港内波况和码头上水情况进行测定,并根据试验结果对平面布置进行优化。设计方案在W向波浪作用下,迎浪侧波浪直接穿过进港航道边坡进入港内,波浪在直立码头间发生来回反射,港内波高较大。设计方案在WSW向波浪作用下,迎浪侧航道边坡对波浪的折射现象较W向明显,港内波浪的多次反射现象与W向时基本一致。优化方案一将迎浪侧进港航道边坡开挖,波浪折射到港外,港内波高减小。优化方案二北侧防波堤延长至874 m,对港内的掩护优于优化方案一。优化方案三在优化方案一的基础上,将东侧码头外端1 km码头型式改为高桩码头,在高水位时桩式结构的反射效果未得到充分发挥,低水位时反射效果略明显。     

施工期天鲸号适应能力分析

天鲸号绞吸式挖泥船在海上进行疏浚作业时,波浪要素需要满足一定条件,才能保证安全施工。为了确定防波堤修建后掩护区的波浪条件是否满足天鲸号的施工要求,采用数学模型计算了某集装箱码头工程在不同节点时防波堤掩护区的波浪条件,对天鲸号挖泥船适应能力进行分析,并给出如果不满足施工要求时防波堤需延伸的长度。结果表明:波浪数值模拟技术可以很好地为挖泥船海上安全作业提供可靠的依据,避免风险。     

栾家口和蓬莱东港区波浪特性与掩护水域波况研究

根据龙口、蓬莱海洋站实测波浪资料,分析烟台港栾家口港区和蓬莱东港区的波浪特性,结果显示该海区属于以风浪为主、涌浪为辅的混合浪。利用TK-2D的PEM波浪数学模型模拟工程前波浪,得到工程区设计波要素,栾家口港区的强浪向是偏WNW向,蓬莱东港区的强浪向是偏NE向。利用MIKE21的BW方程波浪数学模型对平面布置方案下港内的波况进行模拟。在掩护水域由于采用直立式码头,波浪发生多次反射,码头前波高较大,为减小港内波高,对方案进行优化,采用高桩等反射率小的码头结构型式,可以消散港内波能,有效减小码头前波高。     

弧形防浪墙的模型试验

通过物理模型试验,测量不同底高程条件下防浪墙顶部的越浪量、迎浪面及底面上的波浪压强和防浪墙的整体稳定性。对测量数据进行分析后的结果表明:在相同的波浪要素和水位条件下,防浪墙底面高程的差别将直接影响到迎浪面和底面上波浪压强的大小以及防浪墙的整体稳定性等。最后,根据模型试验结果,给出有助于弧形防浪墙设计的一些建议。     

二维波浪数学模型的验证与应用

根据水深修正的二维非线性Boussinesq方程,建立波浪数学模型,通过模拟单突堤绕射及圆形浅滩折射现象,证明该模型是可行的,在科美纳河口的波浪变形计算中得到应用,效果较好.     

风浪谱模型在滇池码头工程中的应用

针对滇池的波浪特性,选用基于波能平衡方程与波作用守恒方程的风浪谱模型建立滇池波浪数学模型。数学模型计算结果与经验公式结果相比较,两者吻合较好,验证了计算模型的可靠性,并进一步计算了设计风场下滇池拟建码头工程区域工程前后的风浪场情况,为滇池古渡码头工程设计方案的优选提供依据。研究结果表明:工程受偏N方向风浪影响较大,而受常浪向WSW影响较小;浮桥为"L"型双梳式栈桥平面布置形式的风浪挡浪效果较好,优于"T"字型双梳式栈桥平布置形式。     

基于Longuet-Higgins模型的畸形波模拟方法

基于随机波浪的Longuet-Higgins模型,给出了4种模拟畸形波的数值模型:相位调制模型(部分组成波初相位相同模型和调制相位角范围模型),相位调制加聚焦模型,随机波加瞬态波模型以及改进的相位调制模型。简要介绍了各模型的优缺点。其中,随机波加瞬态波模型和改进的相位调制模型最优,实现了畸形波的定时定点和定量生成,为实验室模拟畸形波、研究畸形波的能量以及对结构物的作用奠定了基础。     

复杂水域波浪物理模型与数学模型对比研究

基于MIKE21-BW模块,采用多种概化处理模型,研究了烟台港某工程港内波高分布和波浪传播状况。通过与物理模型进行对比,分析了各概化模型的优缺点,选择较优方案。结果表明:对于整个港池波高分布情况,各方案数学模型模拟结果和物理模型试验结果基本吻合,均能较好反映波高分布趋势及一些较复杂波浪传播变形现象。但其中存在多种波浪组合,同时包括波浪折射、反射、绕射、破碎、爬坡且反射波占主导地位的局部水域,数学模型模拟的波高数值都与物理模型结果相去甚远,说明MIKE21-BW仍不能很好模拟此类复杂波况水域。