海洋要素计算与预报(海浪

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1、第三章海浪计算方法§1风浪成长的经验公式0.2750.3780.4143.071998Babaninetal.0.300.3050.4362.041990Evansetal.0.240.5350.3963.741989Dobsonetal.0.230.4930.383.671985Donelanetal.1/30.2861/22.401981Kahma0.280.360.4122.641980Davidan0.330.261/21.601973Hasselmannetal.0.330.320.5042.151971Mitsuyasuetal.YearAuthors§1风浪成

2、长的经验公式3/2指数律(Toba,1972)其中(Datafrompublishedliterature)(Kawaietal.,1977)(Johnsonetal.,JPO,1998)§2海浪数值计算海浪谱传输方程:---------------二维海浪谱---------------群速度---------------波向空间的群速度有限深水的弥散关系为：其中§2海浪数值计算源函数:风能输入白冠耗散底摩擦深度诱导破碎四波相互作用三波相互作用海浪在瞬变的流场和具有变化水位的海域传播:§2海浪数值计算其中------------辐射应力张量存在流场时的弥散关系为：§2海浪

3、数值计算波作用量谱传输方程:------------波作用量-----------频率空间的群速度通过辐射应力考虑波浪作用的近岸流场和水位的动力学方程：§2海浪数值计算辐射应力项的表达式：其中风能输入源函数（Snyder,1981）风能对海浪能量输入的全球分布mWm-2(Wang&Huang,JPO,2004)全球海洋能量平衡示意图Unit:1012Watt(TW)白冠耗散源函数Komenetal（1984）提出白冠耗散模型：其中四波相互作用源函数发生非线性波-波相互作用的条件:----------耦合强度系数-------------Boltzmann积分四波相互作用在形

4、成海浪谱形中的作用(Hasselmanetal.,1973)Hasselmann等（1996）发展了一个近似算法（DIA），四波相互作用源函数DIA算法对于有限水深情形有经验公式：其中深水情形不能发生三波相互作用如果可以发生则应满足:弥散关系的形式决定3波共振非线性波-波相互作用不能发生。深水风浪源函数的能量平衡(Komenetal.,1994)底摩擦耗散源函数JONSWAP计划确定的经验常数（Hasselmannetal，1973）--------Collins（1972）------------Madsenetal.(1988)的涡粘模型分代的依据是对4波非线性波-波相

5、互作用的处理。1stgen.:不考虑Snl的作用或作用不显著.2ndgen.:Snl在第二代模式中相对重要，但在计算时需要预先指定谱的形式。3rdgen.:Snl起重要作用，且对谱形不加限制，直接由谱传输方程数值地求解出谱值。WAveModel(WAM)(WAMDIGroup,JPO,1988)SimulationWAveNearshore(SWAN)(Booijetal.,JGR,1999)Website:http://fluidmechanics.tudelft.nl/swan/WAVEWATCH(Tolman,JPO,1991)Website:http://polar

6、.ncep.noaa.gov/waves/wavewatch/海浪数值模式的分代及典型的第三代海浪模式方向分辨率通常为或，即24或12个方位角。第三代海浪模式的参数设置频段的确定:初始条件的确定:（1）由风场根据适当的海浪频谱和方向分布函数确定初始谱密度。（2）设初始值为零，由风场驱动海浪模式若干时间后形成的浪场作为初始场。（3）由海浪观测资料根据同化方法确定初始场。边界条件的设置:大多数第三代海浪模式均假定计算区域外的空间格点为陆地点。为消除此种边界条件设置带来的计算误差，可采用两种处理方法:（1）尽可能地扩大计算区域，使得边界远离所关心的计算区域。（2）采用嵌套的方式，

7、但应注意谱在时空上的插值问题。