潍坊沿海波浪和风暴潮特征研究.pdf

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1、2017焦N01潍坊沿海波浪和风暴潮特征研究杨帆，杨波+。王智峰，孙京(中国海洋大学，山东青岛266100)摘要：本文首先利用高精度海面风场，基于潍坊近岸的水深地形数据，运行SWAN海浪模式得到了一15m等深线3个特征点的波浪参数，利用P一Ⅲ型极值分布推算得到了潍坊外海点不同方位波浪要素的重现期；分析了潍坊近海平均的4个季节的有效波高、波向及平均周期的分布特征。基于ADCIRC水动力模式，对1994—2013年连续20年的风暴过程进行模拟分析，得到每个风暴过程最大水位以及最大风暴增水，并分别用GUMBEL方法和P-III方法推算了不同重现期的水

2、位和风暴增水。本文可以为潍坊沿海波浪和风暴潮特征研究提供参考，为海洋工程建设以及海岸建筑设计等提供科学依据。关键词：潍坊；波浪；风暴潮；气候特征；极值条件中图分类号：P731．22文献标志码：A文章编号：1003—6482(2017)01—029—09引言通常所说的海浪，指海洋中由风产生的波浪，包括风浪、涌浪及混合浪。灾难性海浪是一种不可忽视的海洋灾害，据统计，在全球范围内海浪引发的灾害损失可占自然灾害损失的10％，一般的，当海浪的波高达到4～5m，就很容易造成重大海难事故[1]。海浪的研究可为近岸工程设计参数的确定提供参考资料，正确的海浪预报

3、则能为船舶航行及海上渔业活动进行预警。风暴潮灾害居我国海洋灾害之首，对风暴潮的模拟及预测对于沿海城市的防灾减灾有重要意义，对沿海城市近岸建筑设计以及海洋工程项目也有参考依据。因此，对海浪和风暴潮的发生、发展及实时预报进行研究，具有非常重要的现实意义。SWAN模式是第3代海浪模式，该模式考虑了波浪折射、绕射、反射、浅化、深水波浪破碎与非线性相互作用等物理过程，适用于河口、湖泊以及海岸的近岸浅水波浪模拟。SWAN模式一经发布，即被广泛应用到海浪的模拟计算，Gorman等[23用SWAN模式推算了澳大利亚、葡萄牙、美国等地的风浪，国内SWAN模式多应

4、用于东海、南海及台湾海峡的台风浪研究中，近些年来，SWAN开始被应用于渤海海域¨J，黄必桂H]运用SWAN模式对渤海的海浪进行了数值模拟，但对于潍坊近海波浪的模拟却很少。而ADCIRC模型在风暴潮的模拟中有较为广泛的应用，由于采用非结构三角形网格，可以灵活地处理开边界和陆边界的空间分辨率，从而可以很好地刻画港口、河口、岛屿等近岸地形。故本文分别利用SWAN浅海波浪模式和ADCIRC模型对潍坊近海海域的波浪和风暴潮进行模拟探究。1风场简介本文所需驱动风场数据的来源是WRF同化得到的高分辨率风场，时间范围是1995年1月1日0点至2014年12月3

5、1日21点，时间分辨率为3h，空间分辨率为0．1。×0．1。，空间范围为32。N～410N，117。E～127。E。本文所使用的风场是由有限区域中尺度模式WRF模式构造的再分析风场，针对本文的水平范围需要，综合考虑模拟区域、分辨率与计算时间，WRF模式设置为两重双向嵌套网格，其中较大区域的分辨率基金项目：国家自然科学基金项目(51509226)；中央高校基本科研业务费专项(201513040)；2014年度海洋公益性行业科研专项“海洋强国建设的评价体系研及应用”资助第一作者简介：杨帆(1990一)，女，硕士研究生，研究方向；海浪与小尺度海气相互

6、作用．E-mail：sherryl_young@163．tom*通讯作者：杨波，主要从事浅海动力学研究，E—mail：yang．bo@OUC．edu．cn收稿日期：2016-05-09y曙O眦报虬n通”g沼山n湖嗽O洋“S海．m耐；刍m海洋湖沼通报相对较粗，约为30km，格点数为113×127，而较小区域的分辨率相对较高，约为10km，格点数是140×190，采用的数据同化方案是三维变分方法(3DVAR)，并且在模式中植入了台风信息，使结果更为准确可靠。数据后报输出风场结果为3h／次，最终得到了经过同化后的高分辨率风场数据作为波浪模拟的驱动风场

7、。近10a的WRF模式应用表明，该模式在中尺度风场的模拟和预报中具有优越性和普适性。王澄海等哺3对WRF模拟风场和实际观测风场进行验证比较的实验表明：WRF模式在风场的模拟中有很好的性能。对WRF模式得到的高分辨率风场数据进行结果检验。实测数据选取潍坊港编号为W0101号的气象浮标数据，利用气象浮标4个季节的现场实测数据与对应时间段同化得到的风场数据进行对比验证。检验的内容为平均风速和风向，波浪气象浮标和驱动风场结果的观测高度均为海表面10m。对于风速，考察的要素主要为平均误差、绝均差、均方差和平均相对误差；对于风向主要考察的要素是风向偏差。经

8、检验，风速平均误差仅为1．49m／s，绝均差为2．33m／s；风向偏差平均值为40。左右。图1为观测站点的位置图以及秋季观测记录与驱动风场的对比结果，