海啸数值模拟与南海海啸预警方法

海啸生成、传播、爬高与淹没过程,以及海啸预警方法是海啸动力学研究的重要内容.近十年来国内外学者在该领域开展了大量的研究工作.本文总结了海啸数学模型研究进展,重点介绍了高阶Boussinesq水波模型及其在海啸研究中的应用,包括海啸在沿海大陆架上传播、演化与爬高特征和实际海啸过程的数值模拟.针对南中国海马尼拉海沟断裂带潜在的海啸风险,建立了该海域的基于多浮标观测反演和数值模拟的海啸预警方法,并提出了一种新的快速预警策略.探讨了海啸波导致地磁场异常的理论预报模型,并针对实际海啸过程给出了地磁场异常的时空分布.

夏威夷ALEUTIAN海啸的NEOWAVES数值模拟

夏威夷群岛因其特殊的地理位置及周围海底地形,长期遭受太平洋地震带和近岸地震带产生的海啸影响,如何准确地确定夏威夷群岛沿岸的海啸爬高对海洋结构设计具有重大意义。基于非线性浅水方程建立的NEOWAVES模型包含非线性静水压力项和垂向动量方程,用于描述海底的动态变形和弱频散波的传播过程,它能够模拟海啸的整个生命过程,包括产生、传播、爬高和淹没。以对夏威夷地区影响比较严重的1946年Aleutian历史海啸为例,采用NEOWAVES模型模拟其产生、传播以及在夏威夷欧胡岛沿岸地带的爬高。计算结果表明,NEOWAVES模型计算得到的欧胡岛沿岸(北部、西部和南部)的爬高与历史记录的爬高数据接近,验证了NEOWAVES模型的合理性和可靠性,同时也为夏威夷地区海洋结构物的设计提供合理的参考意见。

珊瑚岛礁孤立波爬坡的平面二维数值模拟研究

为了探究岛屿周围珊瑚礁在抵御海啸灾害中的作用,采用激波捕捉类Boussinesq模型FUNWAVE-TVD,对孤立波在理想化三维岛礁地形上的传播及爬坡开展了现场尺度的平面二维数值模拟,分析了入射波高、礁坪水深、礁坪宽度、礁前斜坡坡度、礁后斜坡坡度、珊瑚礁糙率对岛屿四周孤立波爬高分布的影响。结果表明,珊瑚礁的存在总体上可有效降低岛屿四周孤立波的最大爬坡高度;入射波高、礁坪水深、礁坪宽度、珊瑚礁糙率是影响珊瑚岛礁四周孤立波爬坡分布的主要因素,岛礁四周最大爬坡高度会随入射波高和礁坪水深的增大、礁坪宽度和珊瑚礁糙率的减小而不断增大;当礁坪水深增大到一定程度时,珊瑚礁主要会对岛屿背浪面的爬高失去影响,而当礁坪宽度和珊瑚礁糙率减小至一定程度时,会出现岛礁四周最大爬高高于无珊瑚礁时爬高的现象;礁后斜坡的变缓会使岛礁周围的最大爬高有所减小,而礁前斜坡坡度对珊瑚岛礁周围的最大爬高几乎没有影响。