探索典型海域的海浪数值模拟研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文典型海域的海浪数值模拟研究姓名：张进峰申请学位级别：硕士专业：交通信息工程及控制指导教师：黄立文20050601武汉理工大学硕士学位论文中文摘要我国拥有漫长的海岸线和辽阔的海域，经常遭受不同程度的台风及其巨浪的袭击，黄东海海域是灾害性台风浪的频发海域，对该海域台风产生的波浪场的数值模拟、预报不仅在风．浪相互作用的物理机制研究方面具有科学价值，而且对海岸工程、远洋运输、海洋渔业、溢油模拟、海上搜救等也有着重要的现实意义。本文运用数值模拟的方法，综合考虑了风．浪相互作用、非线性波．波相互作用、自浪耗散和

2、底摩擦等物理机制，采用当前国际上先进的第三代海浪模式WAVEWATCH．III(下简称WW3)对黄东海海域的海浪场进行数值模拟，并将模拟的有效波高结果与TOPEX／Poseidon(下简称T／P)卫星高度计的有效波高观测资料作对比分析；通过设计数值试验方案，研究了流场、水位等因素对海浪的影n向；采用高分辨率网格对典型海域(本课题选取舟山群岛附近海域)的海浪场进行数值模拟，为舟山群岛海域的航运安全、海上搜救、溢油模拟、海岸工程等提供技术支持。本文对三个典型的台风(9711号Winnie、0205号Rammasun和0414号

3、Rananim)产生的海浪场进行了模拟，并将有效波高结果与T／P卫星高度计有效波高作对比分析。结果表明，当输入风场精度较高时，模式模拟的有效波高与高度计有效波惠较为一致，两者之阅的相关系数也甚为理想，但模拟舶有效波高结果相对于高度计资料有系统偏小的趋势，其中以近岸海域较为明显；当风场精度较低时，模式虽然基本模拟了有效波高的分布，但模拟的有效波高结果与高度计资料存在较大误差，因此风场的精度对模拟的结果至关重要；从总体上看，WW3模式模拟的有效波高结果与仰观测资料较为接近，能较为准确地模拟黄东海海域海浪场有效波高的分布，基本反

4、映了台风过程中波高的成长趋势。结合课题组其他成员的前期工作，本文选取Wirmie台风为研究对象，研究流场和水位等因素对海浪的影响。结果显示，流场和水位对模拟的结果存在一定的影响，但改进较为有限；本文通过量化海洋状态(海流、水位等)对海浪的影响，为进一步开展海洋．大气．海浪耦合模式研究打下了坚实的基础。武汉理工大学硕士学位论文本文最后选用两个对舟山海域影响显著的台风为例，在合理选择物理过程的基础上，采用高分辨率网格对该海域海浪场进行数值模拟。模式模拟的结果基本上反映了该海域海浪场的分布，但在近岸海域有效波高结果有些偏小，主要

5、是因为模式未考虑折射、衍射、深度诱导波破碎等因素的影响；底摩擦对近岸海浪模拟的影响的研究结果说明，在离岸较远的深水区，底摩擦对模拟的结果影响不大，可以忽略不计；在近岸水深较浅、地形变化显著的区域，底摩擦对模拟结果的影响明显。关键字：黄东海，舟山，海浪，数值模拟，有效波高Il武汉理：I：大学硕士学位论文AbstractChinaholdslongshorelineandwideseaarea，butoftensuffersfromthetyphoonwaves．TheYellowandEastSeasarefrequentl

6、yaffectedbythetyphoonwaves，sonumericaltyphoonwavesimulationandpredictionisnotonlyvaluableintheresearchofwind·waveinteraction，butalsosignificanttocoastalengineering，navigation，fishery，oilspillsimulation，SAR(searchandrescue)．Themethodofnumericalsimulationisusedinthi

7、spaper，andwind—waveinteraction，nonlinearwave—waveinteraction，whitecappingdissipationandboRomfrictionarefullyconsidered，ainternationaladvancedthird-generationwavemodel，wAVEWATcH—III(heneeforthdenotedasWW3)．isadoptedtOsimulatethewavefieldofYellowandEastSeas，thenthes

8、ignificantwaveheights(henceforthdenotedasSWH)fromthemodelarecomparedwi也theTOPEX／Poseidon(heneeforthdenotedasT／P)satellitealtimeterSWHdata．Thenumericalex