深圳香港海域浪潮耦合模型的建立及其应用.pdf

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1、第32卷第6期2010年11月海洋学报ACTA0CEANOI。0GICASINICAV01．32．No．6November2010深圳香港海域浪潮耦合模型的建立及其应用姜茜1，毛献忠¨(1．清华大学深圳研究生院环境工程与管理研究中心，广东深圳518055)摘要：以河口海岸海洋模型ECOM和第三代海浪模型SWAN为基础，以全球天文潮预报模式TPX06．2和台风参数模型风场及气压场作为驱动，采用海洋一陆架区一海岸三重嵌套网格，建立了适用于深圳香港水域天文潮一风暴潮一台风浪耦合模型。以0814号台风“黑格比”为算例，进行了耦合模拟计算，计算结果显示，天文潮、风暴潮位和浪高与

2、实测值符合良好，天文潮的均方根误差小于0．15m，有效波高误差0．9m，风暴高潮位平均误差0．23m；并分析了风暴潮位和波浪的相互影响，以及深港水域波浪场的分布，4m水深考虑风暴潮位影响有效波高提高0．40m，沿岸波浪增水在0．20m以内。关键词：耦合模型；数值模拟；风暴潮位；台风浪；深圳香港海域中图分类号：P731．3文献标志码：A文章编号：0253—4193(2011)01-0056—081引言深圳香港地区受西北太平洋和南海两大源地热带气旋影响，是我国受台风影响较为严重的地区之一。风暴潮和台风浪是重要的致灾因素，特别是当天文大潮遭遇到强台风和超强台风情况下又伴随着

3、大浪，可能对沿岸地区产生重大灾害，因此，开展天文潮一风暴潮一台风浪耦合模型的研究，对评估台风作用下该地区沿岸灾害风险、以及预警预案具有十分重要的意义。风暴潮与台风浪的耦合模型，国内外学者有不少研究。Cheung等[13建立长波与WAM耦合模型，应用到海岸应急管理系统中评估飓风作用下海岸淹没情况；Funakoshi等川耦合了ADClRC模型和SWAN模式研究海浪对风暴潮的影响；Xie等∞]耦合了POM模式和SWAN模式研究飓风Hugo风暴潮及其漫滩效应；尹宝树等[43基于改进的WAM模式和三维风暴潮潮汐模式，建立了渤海耦合数值模式。Huang等‘51采用MIKE模型和天

4、文潮预报模式TPX06．2建立了天文潮和风暴潮耦合模型，评估超强台风作用下浙江沿海叮能发生的高潮位。本文采用河口海岸海洋模型ECOM和第三代海浪模式SWAN，以及全球天文潮预报模式TPX06．2，建立了适用于深圳香港水域海洋一陆架区一海岸三重嵌套网格的天文潮一风暴潮一台风浪耦合模型，并以0814号台风“黑格比”为例，验证该耦合模型的可行性，并分析浪潮之间相互影响程度。2数值模式耦合模型中计算模块采用国际上通用的公共模型，模拟天文潮和风暴潮采用ECOM长波模型，模拟海浪采用SWAN模型。以下简述二模型、强迫力以及它们之间的耦合关系。2．1ECOM模式ECoM(Estua

5、rineandCoastalOceanModel)模式是由Blumberg[63开发的POM模型发展起来的河／3海岸海洋模型，它适用于描述河口、海岸和海收稿日期：2010—06—02；修订日期：2010—06—08。基金项目：国家教育部回国人员科研启动基金(2007年)；深圳市科技计划项目(2008年)。作者简介：姜菏(1985一)。女，硕士，主要从事风暴潮台风浪计算模拟。*通信作者：毛献忠。副教授，博上，主要从事环境灾害、海洋海岸河订水动力和环境模拟、计算研究。E—mail：maoxz@sz．tsinghua．edu．cn6期姜茜等：深圳香港海域浪潮耦合模型的建立及

6、其应用洋中天文潮、风暴潮等长波运动。其在笛卡尔坐标系下二维长波运动基本方程组，包括连续方程和动量方程如下：孳+__a(H-U)+_a(H-V)：0，(1)dtdXo’adu￡+u磊au十y丙aU一∥=--g丛3x—i1差+E+哿一寿(鲁+等)，㈣adv：．卜Uadvzadvy+∥=--g雾一石1篙+F，+管一寿(等+鲁)，㈣式中，z轴向东，Y轴向北；善(z，Y，￡)为相对平均海平面的潮位；H为总水深；U，V分别为垂向平均流速分量；f为科氏力参数；g为重力加速度；(Fx，F，)为水平方向扩散项；≯为底摩擦力，由ECOM模型提供的湍流流动产生的底摩擦公式计算。P为大气压，

7、由气压模式提供；≯为海面风应力，由ECOM模型提供的风应力公式计算，没考虑波浪的影响，波浪对水表面的影响限于一个波高量级的水表层[6]，风切应力和气压梯度是风暴潮计算中主要的强迫力。S。，S，，，S。是SWAN模块提供波浪场计算所得的辐射应力分量，这在近岸区域是莺要的驱动力。初始条件给定平均海平面及冷启动；边界条件主要有陆边界和水边界，陆边界卜假定法向流量为零，外海水边界给定静压水位叠加由全球天文潮模型提供的天文潮位。2．2SWAN模式SWAN是第三代海浪模式，用于描述在风场、潮流作用下浪的产生和传播H川j。SWAN模型以作用谱密度N(a，口)守恒为