大范围波浪数值模拟研究

利用波浪谱模型WAVEWATCHIII模式和MIKE21 SW模式计算风场作用下大范围海域的波浪场,在计算中考虑风能输入、非线性波相互作用、白浪耗散、底摩阻耗散和波浪破碎等源项以及地形的影响,建立从全球范围、东中国海范围至江苏沿海范围的三重嵌套波浪模型,计算了莫拉克台风过程中的波浪变化情况,模拟结果与实测站验证吻合较好,从波浪场大范围的分布来看,受莫拉克台风的影响,整个辐射沙洲海域波高大都在4.5 m以上,最大达到5 m左右,波浪方向基本为SE向。波高比风速到达峰值时间略有延时,时间差约为2 h。多深槽和浅滩相间分布的地形对波浪的传播产生一定的影响,从近岸到外海方向的特征点来看,波高变化明显,个别区域波高衰减近70%左右,近岸区域因底摩阻耗散、破碎等影响主要受水深控制,波浪基本达到破碎,波高随时间变化幅度不大。外侧海域特征点位波高随时间变化明显。

极值风况下SWAN模型各参数的影响分析

以SWAN为例,在极值风况下,分别研究白帽耗散、底摩阻、波浪破碎、潮位等物理过程对波浪谱数值模型模拟的波浪场影响。计算结果表明:潮位对近岸极值波浪模拟影响明显,深水时底摩阻对波浪场响应程度较低,波浪场在深水区对白帽耗散效应的响应程度明显大于浅水区,水深诱导的波浪破碎是近海波浪场模拟影响最为显著的参数。东店渔港附近海域4个特征点波浪设计要素的模型计算值和推算值相对误差最大为4.24%,表明SWAN模型在计算近岸某点的波浪设计要素方面具有较高的精度。

江苏沿海近岸台风浪数值模拟

以台风"梅花"为例,采用QSCAT/NCEP再分析风场资料和捷氏台风经验模型构造混合型台风风场,以此作为驱动条件,利用MIKE21波浪谱模型对江苏沿海近岸台风浪进行数值模拟,并针对潮位变化对模拟结果的影响进行对比分析。结果表明,该模拟方法可以较好地复演台风浪发展的整个过程,而考虑潮位变化的影响有助于台风浪模拟精度的提高。

南海风浪条件下Spar式浮式风机平台的构型及参数

使用WAMIT软件建立OC3-Hywind Spar式浮式风机模型,联合FAST软件计算浮式风机在不同工况下的幅值响应算子;结合为南海海域波浪条件优化后的JONSWAP谱,对浮式风机进行不同工况下的响应谱分析及最大响应值计算,进一步阐述浮式平台结构构型参数的变化对整体结构在南海相应工况下的运动影响。

中国内海台风浪传播和演化过程数值模拟

基于波作用量守恒方程建立我国内海台风浪生成与传播的模型。用谱峰周期来界定涌浪,通过对全区域的典型台风浪过程的模拟计算,分析了内海台风浪时、空分布特征和演化过程。研究表明:台风登陆后,从能量扩散速度判断,应经历能量由高频向低频转化的过程(易形成长周期波浪),均可传播到渤海海域。生成长周期波浪后,波能衰减速度显著减慢,长周期波浪可在我国北方海域生存2 d以上。涌浪在台风登陆之后的传播速度很快,为50～60 km/h,涌浪传播速度在我国内海可以达到台风中心运动速度的2倍左右。

西北行路径台风浪的特征分析

为研究西北行路径的台风登陆前近岸台风浪的变化规律,依据MIKE21 SW谱波浪模型建立了浙江省近岸台风浪模型,对西北行路径台风浪进行数值模拟,计算结果与实测数据基本吻合。在此基础上统计分析了台风移动路径上及其左右两侧台风浪的变化规律。结果表明：台风移动路径上前眼壁处有效波高最大,后眼壁处次之;台风眼中心区域有效波高经历着无规律的衰减过程;台风移动路径两侧的有效波高与该点到台风移动路径的距离成反比,当与台风移动路径的距离最小时,有效波高达到最大值;而右侧的有效波高比左侧的有效波高大,其增幅可达29%～48%。本研究结果可为近岸台风浪预报和渔船选择回港避风路径提供参考依据。

台风浪对浙江舟山的影响

利用MIKE21 SW谱波浪模型建立浙江省台风浪模型,对0515和0509号强台风"卡努"和"麦莎"引起的台风浪过程进行数值模拟。分析得到舟山本岛E向波浪最大,N向波浪最小。舟山本岛的阻隔使得台风浪削弱了35%左右。