基于SWAN模型的海宁市尖山段海塘设计波浪要素研究

为了保障尖山段海塘综合整治提升工程顺利实施,采用三重嵌套的SWAN波浪数学模型,研究整治工程实施前、后的海塘塘前波浪场变化。研究表明:海塘西侧由于高程抬升,水深减少,波高也相应减少,但强浪向依然不变;海塘东侧高程基本不变,波高也无明显变化;工程实施后的消浪效果在11%~17%;将数值模型结果与规范中的莆田公式比较,基于工程实际安全考虑,采用波浪数值模型计算结果作为设计波浪要素,为整治工程实施提供数据支撑。

基于SWAN模型下的马拉博油罐区深水波浪条件分析

在深水波浪条件下,油罐区的稳定性和安全性都面临着极大的挑战,对所在海域的风与波浪耦合作用的波浪分析变得至关重要。本文基于第三代海浪数值模型SWAN,依据CCMP和CFSR数值风场资料,建立南大西洋海浪后报数据集。通过与尼日利亚拉格斯外海Bonga站和纳米比亚卡拉斯外海Kudu站的实测数据资料进行对比,验证了数据集的合理性。并对赤道几内亚马拉博外海深水波浪条件进行分析,为后续油罐区项目建设提供数据参考。

SWAN模式中风输入方案对南海台风浪后报的影响分析

基于近岸海浪模式(SWAN,Simulating waves nearshore),分别用ERA(ECMWF re-analysis)5、ERA-Interim、CCMP(Cross calibrated multi-platform)及美国国家环境预报中心(NCEP,National centers for environmental prediction)数据中心的天气预报再分析系统(CFSR,Climate forecast system reanalysis)的海表面10 m处风场作为不同的驱动风场,模拟15次经过南海的热带气旋过程产生的极值波高情况下的海浪,比较了不同风场驱动的海浪后报模拟值与Jason卫星高度计实测值的误差;再应用模拟精度最高的驱动风场,模拟同样条件的海浪场,对拖曳系数的参数化方案进行敏感性分析和比较。结果表明:在模式输入参数为默认值的情况下,ERA5风场与WU方案的风输入组合能够获得更加准确的中国南海热带气旋发生海域的有效波高;最后基于以上结果构建30年的南海海域海浪要素数据集,并使用Pearson-Ⅲ分布推算出南海海域的多年一遇有效波高。研究结果可以为南海海域的海浪灾害评估与海洋工程建设提供参考。

2024年1月1日能登半岛M_(W)7.5地震作为一个可能的“龙王”事件

本文试图探讨,从“龙王”理论的角度看,2024年1月1日日本能登半岛M_(W)7.5地震是否可被视为一次“龙王”事件.本文分析了日本气象厅(JMA)2004年以来的地震矩张量解目录,针对样本数不够多的情况,用“级序分析”方法确定这一M_(W)7.5事件是否显著偏离Gutenberg-Richter幂律.结果表明在2006至2024年期间,M_(W)7.5地震还不能被视为显著的“龙王”事件;但在2021至2024年期间,该地震作为一次“龙王”事件特点十分明显,这一结果似乎与2020年底以来出现了复杂的前兆行为的报道吻合,标志着“龙王”事件的某种可预报性.本文建议,根据以往的研究结果,对这次地震的震源过程和余震序列进行详细刻画,附之以对地震前兆的回溯性研究,或可有助于“地震龙王”理论本身的发展和地震预测研究的进步.本文还讨论了“黑天鹅”事件、“龙王”事件及“灰犀牛”事件的相互关系,这几个概念是近年来减灾领域讨论较多的概念.

SWAN浅水波浪模式在渤海的应用研究——Phillips线性增长比例系数的改进

将国际上通用的SWAN波浪数值模式应用到渤海,以检验其适应性。通过对由风引起的波浪的增长和耗散作用源函数的实验研究,发现SWAN中所采用的Phillips线性增长部分的比例系数和波浪成长有较大的关系,此比例系数随摩擦速度变化(原模式取此系数为一常数)。基于模式试验,引入了一个新的Phillips线性增长项公式,并且利用3个风过程对模式的改进进行了验证。3个风过程的计算结果和实测值比较表明,计算结果在3个过程当中都得到了明显的改进。

基于SWAN的冰雹探测算法研究

为了提高冰雹短时临近预报的准确性,首先介绍了WSR-88D冰雹算法原理,提出了在SWAN中使用垂直高度阈值进行改造的方法,通过和PUP产品数据进行对比,验证了算法的正确性。其次,针对业务中出现的冰雹尺寸计算值过大问题,通过与有冰雹尺寸记录的实例进行比较,使用最佳的幂函数拟合进行了修正。最后,对业务中常见的由超折射引起的虚警进行了分析。结果表明,设定风暴中心附近的反射率垂直梯度阈值>3,可以消除大部分的超折射。对于由冰雹产生的阈值<3的风暴,继续使用二维风暴个数>7的阈值进行识别,可以减少误判率,取得较理想的效果。

WaveWatch Ⅲ和SWAN模型嵌套技术在业务化海浪预报系统中的应用及检验

根据钓鱼岛海域海监巡航执法保障预报、重点海洋安全保障目标精细化预报等海浪业务化预报工作的新需求,基于WRF海面风场预报模型,利用结构网格海浪模型Wave WatchⅢ和非结构网格海浪模型SWAN(Simulating Waves Nearshore)的嵌套计算,建立一套适用于东海区和上海近海的海浪数值预报系统。通过不同数值实验,证明此系统的稳定性和时效性。利用观测数据对连续2个月的有效波高值的预报结果进行检验,结果表明:24小时预报平均绝对误差在0.3 m以下;48小时预报平均绝对误差在0.5 m以下;72小时预报平均绝对误差在0.7 m以下,且误差极值主要是由台风过程引起,但预报趋势仍值得参考。对2次台风过程采用不同风场源数据进行对比试验,结果显示采用实况路径的后报风场,海浪预报精度明显改善。对于近岸区域采用嵌套计算的SWAN模型预报结果比Wave Watch III模型预报结果精度显著提高,证明建立的海浪数值预报系统在满足"稳定性"和"时效性"的基础上,各尺度和分辨率的预报产品"准确性"也能得到保证。

WAVEWATCH Ⅲ和SWAN模式在南海北部海域海浪模拟结果的对比分析

基于1987年9月到1988年8月期间南海北部的一个浮标资料,首先分析了美国环境预报中心(NCEP)和国家大气研究中心(NCAR)联合推出的再分析风场在南海北部海域的适用性,结果表明NCEP/NCAR再分析风场在一定程度上与浮标观测结果相一致。然后利用NCEP/NCAR再分析风场作为海浪模式输入场,评估了WAVEWATCHⅢ(WW3)和Simulating Waves Nearshore(SWAN)这2个海浪模式在南海北部海域模拟海浪的能力,结果表明在季风和季风转换期间,WW3模式和SWAN模式对有效波高的模拟能力几乎一致。在季风期间,WW3模式对平均波周期的模拟能力优于SWAN模式;而在季风转换时期,SWAN模式模拟平均波周期的能力较好。此外,还利用WW3模拟结果分析了南海北部海域海浪的空间分布特征,分析结果表明有效波高受季风影响呈显著的季节变化,平均波周期呈现相对显著的半年变化。

利用WAVEWATCH和SWAN嵌套计算珠江口附近海域的风浪场

基于CCMP(Cross Calibrated Multi-platform)卫星遥感海面风场数据,通过将WAVEWATCH和SWAN(SimulatingWAves Nearshore)模型嵌套的方法,数值模拟了珠江口附近海域的风浪场。将总计10个月的数值模拟的有效波高、波周期和波向分别与相应的观测值进行了定量比较。结果说明,有效波高的平均绝对误差为15.4cm,分散系数SI为0.240,相关系数为0.925;波周期的平均绝对误差为1.9s,分散系数SI为0.433,相关系数为0.636;波向的平均绝对误差为23.9°。计算的波高和波向与观测结果的变化趋势相吻合。由于第三代海浪模式本身的缺陷,导致所计算的波周期偏小。总体说来,本文所采用的数值模式能较好地模拟珠江口附近海域的风浪场。另外,还设计了6个算例以探讨采用不同的计算方法和风场对计算结果精度的影响。结果表明使用本文的数值方法和高精度的CCMP风场确实可以提高计算结果的精度。

浅水波浪数值模型SWAN的原理及应用综述

概述了模拟海岸、河口的浅水波浪数值模型研究现状、存在的问题以及用能量平衡方程预报海浪的发展历史。介绍了基于当代最新波浪理论研究成果的第三代浅水波浪数值模型SWAN模型,对模型的适用性、数值特性、功能及局限性进行了阐述。介绍动谱平衡方程数学模型、方程离散要求、边界条件的处理和源项(包括能量输入、损耗及波与波之间非线性相互作用)的处理方法,重点介绍三相波非线性相互作用。模拟海安湾有效波高、波周期场,并分析波与波之间非线性相互作用对波浪要素预报的影响,最后对SWAN模型的应用前景和研究趋势进行了展望。

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。

鸿雁迁徙对停歇地的选择特征

建立合理的湿地水鸟保护地是缓解水鸟栖息地丧失和种群下降的重要手段。以往的保护地设计中,由于越冬地和和繁殖地水鸟停留时间长、种群数量大,受到较多的关注。分析湿地水鸟对停歇地的选择偏好,掌握停歇地的自然条件和人类活动特征可为水鸟保护网络优化和保护地管理提供决策依据。而在水鸟迁徙过程中,停歇地作为保护网络的重要节点也发挥了重要作用。因此选择鸿雁为伞护种,获取了29只鸿雁项圈追踪数据,分析蒙古国Khukh湖-中国东北鸭绿江口秋季迁徙路线对停歇地生境选择偏好,识别了鸿雁在湿地周边不同距离梯度下的活动频率变化。根据鸿雁停歇数据共识别停歇地63处,以此为基础分析停歇的自然条件和人类活动因素特征。结果表明,鸿雁除选择湖泊和沼泽为停歇地外,周边250m内的裸地和草地也是重要栖息地;当鸿雁停歇地人类活动较少时,鸿雁倾向于选择土壤肥沃、食物丰富区,而人类活动强度加大时,栖息地植被条件提高能够为鸿雁提供遮避条件,也吸引了更多鸿雁停歇。研究建议,在水鸟迁徙重要廊道区应增加水鸟停歇地保护区,保护区的设计应根据关键保护对象活动频率加强对湿地周边的栖息地保护,减少水滨人类活动对鸿雁停歇的负面影响;在人类活动强度较大的地区设立水鸟保护地,还应加强对植被的保护,在水鸟利用频率较高的停歇地周边进行植被修复。

Wave Watch的操作系统移植及其与SWAN嵌套接口的改进

为使WaveWatch和SWAN两种海浪预报模式能够有效地嵌套运行,将WaveWatch模式从UNIX移植到Windows系统下运行,同时对SWAN模式与WaveWatch模式的嵌套接口格点座标读取精度进行修改,使其能够应用于不规则边界的曲线网格和小间距规则网格的嵌套;作为检验个例,使用WaveWatchIII与SWAN模式多重嵌套的方法在Windows系统下对长江口海浪场进行数值模拟实验,得到了理想的模拟结果。

WAVEWATCH和SWAN嵌套模拟台风浪场的结果分析

利用WAVEWATCH和SWAN嵌套模拟2007年8月墨西哥湾飓风迪安的波浪场。将QSCAT/NCEP混合风场与台风模型风场合成为背景风场。修改WAVEWATCH和SWAN嵌套接口以使WAVEWATCH和SWAN2种海浪预报模式能够有效地嵌套运行。利用WAVEWATCH和SWAN嵌套模拟飓风迪安的波浪场,采用浮标资料检验模拟结果,以验证WAVEWATCH和SWAN模拟的准确性及修改后嵌套接口的可用性。结果表明,修改嵌套接口之后模式运行平稳,2种模式的结果与浮标及高度计观测数据均基本吻合。嵌套模拟结果好于单纯使用WAVEWATCH模拟的结果,体现了利用2种模式嵌套模拟台风浪场的科学性。

两种网格下的SWAN模式对黄渤海海浪模拟比较

采用NCEP再分析风场作为驱动海浪模式的强迫场,在考虑相同物理过程和分辨率基础上,SWAN海浪模式分别采用矩形网格和非结构三角网格对2000年12月黄渤海海域波浪场进行模拟,并将模拟的有效波高与海洋浮标观测数据作对比分析,结果表明,SWAN模式运用两种网格均能够取得良好的模拟结果,相对矩形网格,非结构三角网格模拟有效波高效果较好,且能够较好的刻画复杂地形。最后,采用局部加密的非结构三角网格对黄渤海波浪场进行模拟验证,分析表明非结构三角网格的局部加密方案可以进一步提高加密区域的有效波高模拟精度。

基于SWAN模式的南海台风浪推算的影响因素分析

基于南海实际地形和真实的台风过程,对影响SWAN模式在南海台风浪推算中的准确性的因素进行了较系统的研究。首先对不同的模型风场进行了对比分析,结果表明一个准确的风场是正确推算台风浪的关键。同时对SWAN模式中的白冠耗散作用、风能输入与白冠耗散不同的组合方式和折射项作用等因素对台风浪推算的影响进行分析,并对模式中的各影响因素给出了合理建议。使得SWAN模式在南海台风浪推算中具有更好的适用性。

SWAN近岸海浪模式在辽东湾的应用

介绍了第三代近岸海浪数值模式SWAN,并使用SWAN对辽东湾海浪进行了模拟。辽东湾平缓的淤泥质海岸为研究海浪底摩擦耗散提供了理想的条件。与实测数据对比分析表明,SWAN模式能够较好的模拟辽东湾近岸水域海浪。在8月南风过程中,底摩擦耗散起作用的范围主要集中于辽东湾北部10m等深线以浅水深变化平缓的地区。耗散强度随水深变浅而逐渐增强。

孟加拉湾波浪数值模型计算初始参数调整研究

在对孟加拉湾海域进行波浪建模的过程中,SWAN模型初始参数调整的研究显得尤为重要。鉴于该区域波浪特性的复杂性和多变性,利用波浪浮标数据,对SWAN模型在各种初始参数配置下的模拟结果进行了深入评估。研究结果表明,在某些特定条件下,仅仅提升计算分辨率并不能显著增强模型的模拟精度;因此,选择合适的分辨率对于确保计算效率与模拟精度之间的平衡显得至关重要。特别是在对BD08、BD11和BD14三个浮标的数据进行分析时发现,当模型设置为10 min时间步长和最大迭代次数为1时,波高模拟展现出了高度稳定性和准确性。因此,建议在模拟过程中采用较短的时间步长并减少迭代次数,尤其是在水深变化剧烈和近岸地区,以提高模型的模拟精度和效率。对SWAN模型初始参数进行细致的调整,对于提高模型在不同地区的模拟精度和效率是至关重要的。

SWAN中定量降水估测和预报产品的检验与误差分析

采用2010—2011年5—9月河南省区域加密自动站雨量和全省6部新一代天气雷达资料,用点对点统计检验评分方法,分析SWAN系统中定量降水估测(QPE)和定量降水预报(QPF)产品在河南省短时强降水过程中的误差分布,并分别讨论二者在河南省区域与局地强降水过程中的差别及产生误差的直观原因。结果表明:1)SWAN中QPE和QPF均对小时雨量低于10 mm的降水有较好的估测和预报能力;QPE以豫西南和豫北效果最好,QPF在豫中地区预报能力更强。QPE估测较实况偏大;QPF对小时雨量低于20 mm的短时强降水预报略偏大,而对更强降水预报偏小,尤以豫西和豫南最明显。2)QPE和QPF均对区域性降水有更好的估测或预报能力。3)区域降水过程中,QPE对降水中心范围和位置估测较准确,估测值较实况偏大;QPF对强降水中心位置预报略有偏差,其中心强度较实况偏弱。

基于WRF-SWAN耦合模式的台风“威马逊”波浪场数值模拟

获取高分辨率的风场数据和气压场数据是精确模拟台风浪的基础,采用经验公式构建台风风场和气压场对海浪模式进行驱动,无法反映台风影响下海气动力过程,难以提供高精度的风场、气压场数据。本文基于中尺度大气模式WRF(Weather Research and Forecasting model)和第三代海浪模式SWAN(Simulating WAves Nearshore model),构建了南中国海地区大气—海浪实时双向耦合模式,针对超强台风"威马逊"进行数值模拟。将数值模拟结果与现场观测结果及卫星高度计观测结果进行对比验证,验证结果表明,本文建立的WRF-SWAN耦合模式在对台风"威马逊"影响下的南中国海台风浪的模拟中展现出较高的模拟精度,揭示了台风风场分布和台风浪分布在空间上的"右偏性"不对称分布特征及其形成机制。基于WRF和SWAN建立的大气-海浪实时双向耦合模式能够准确模拟台风动力过程以及台风浪的时空分布特征,可以推广用于南中国海地区台风浪的模拟分析。