浪流耦合模式数值模拟及检验分析

基于波致混合理论,采用MASNUM海浪模型和POM环流模型建立的浪流耦合模式系统,模拟了2011年6月8日-11日中国海区对热带风暴"莎莉嘉"的响应过程,模拟结果显示波高和波向变化趋势与热带风暴的螺旋结构特征相符;利用中国海区Argo浮标温度观测,对2010年7月-12月模拟结果检验,比较表明模拟结果与观测吻合较好,细致地刻画出海温的分布和垂向结构,平均误差在0.65°以下并在各个季节上无显著的季节变化。该工作对建立新一代海洋数值预报系统有一定借鉴意义。

浪流耦合数值模式在苏北辐射沙洲海域的应用研究

采用三角形网格海洋模式ADCIRC-2DDI和海浪模式SWAN双向耦合模式,建立了苏北辐射沙洲海域高精度水动力模型,用以研究该海域天文潮-风暴潮-海浪相互作用。以2012年15号台风“布拉万”为例,分别采用WRF气象模型后报风场和台风模型风场进行台风期间水位和波浪场的数值模拟,与实测资料的对比结果显示模型较准确地模拟出了“布拉万”台风期间的风暴增水与海浪过程,但模拟的极值增水和二次增水时间较实测资料提前了3 h左右。对“布拉万”台风期间模拟结果的分析表明:在浅滩及浅滩前沿水域,水位和海流对海浪模拟结果具有显著影响,是否耦合计算的有效波高差异可达1 m以上;波浪对水位的影响具有空间差异,在水深大于15 m的区域,波浪引起的水位变化小于5 cm,在浅滩区域,波浪引起的水位变化在4~10 cm,是否考虑波浪耦合对漫滩区域的模拟结果影响较大,进行浅滩及浅滩前沿的水动力计算,有必要考虑浪流耦合过程。

浪流耦合对汕尾港台风风暴潮模拟的影响

利用浪流耦合的无结构网格嵌套海洋模式,选取对汕尾沿岸海域影响较大的两次台风风暴潮过程进行模拟,分析浪流耦合作用对汕尾风暴潮增水的影响。结果表明:考虑浪流耦合的影响不仅能够将汕尾港风暴潮主振阶段的增水模拟误差减小5~10 cm,而且可以更好地刻画出港内增水的双峰结构,使得模拟结果的增水峰值时刻准确度提高近1 h。进一步的分析发现,汕尾港内浪致增水过程先于大风、低压引起的增水过程。同时,流场结果的对比表明:在风暴潮主振过程期间,浪流耦合作用对红海湾内的流场影响较为稳定,而对汕尾港入海口的流场影响较大。研究结果对防灾减灾和应急搜救工作有一定的参考意义。

基于浪流耦合模型的台风浪数值模拟

基于CCMP风场资料,采用无结构网格、浪-流双向实时耦合模型FVCOM-SWAVE,模拟强热带风暴"米雷"在中国近海区域产生的海浪场,将耦合模型模拟的有效波高和平均周期与实测浮标资料进行比对,发现模拟结果的各类误差总体较小,说明耦合模型能够较好地模拟考虑浪流相互作用下中国近海台风浪过程。对比考虑潮汐引起的水位变化与不考虑水位变化情况下对耦合模型模拟结果的影响,发现在近岸区域考虑潮水位情况下的有效波高和平均周期模拟结果周期性特征明显,说明潮汐对耦合模型在近岸处有效波高的模拟影响显著。

海流海浪耦合作用对台风浪影响的数值研究

漂浮式海上风电工程设计对波浪参数等必要环境参数提出了更高的要求。本文针对福建南日漂浮式海上风电场海域建立了高分辨率的海浪-海流耦合数值模型,研究海上风电场区水位和海流对海浪的影响。模拟结果显示,耦合模式所得有效波高更加准确,可以体现水位和流速变化对波高的影响。通过分析台风过程中的浪流耦合作用对海浪模拟结果的影响发现,浪流耦合作用对最大有效波高的影响空间分布差异明显,1307号、1319号、0908号和1617号四次台风过程中,耦合作用对工程区域最大有效波高的影响可达−1.0~1.0 m。对单点的模拟结果分析发现,流向和浪向同向时对浪高有削弱作用,反向时对浪高有增强作用。此外,浪流耦合作用对波向和谱峰周期也有明显的影响,在1319号台风过程中,波向变化可达20°,谱峰周期变化可达2 s。本文论证了采用海浪-海流耦合模式在重现海浪极值中的重要性,对海上工程设计具有参考价值。

寒潮过程中风浪对黄海海气热量通量和动量通量影响研究

采用2009—2013年CFSR(Climate Forecast System Reanalysis)大气和海洋再分析资料对黄海海气间热量通量和动量通量的特征进行统计分析,并通过FVCOMSWAVE浪流耦合模式对典型寒潮过程中风浪的影响效果进行模拟研究与对比分析。统计结果显示,通量受海表大风、海气温差及海洋环流等因子影响,秋冬季节强烈,春夏季节相对较弱,在寒潮活跃的冷季该海域的海流处于弱流期,风浪对海面通量的作用明显增强。海温特征也显示冷季的不稳定性显著强于暖季,因此该海域冷季具有更强的海气热量通量。沿岸站点的比较显示,南部吕泗站面向更开阔的东海海域,其平均波高高出北部20%左右。这与沿海南部通量强于北部特征对应。数值模拟显示,在寒潮过程中,海气界面热量通量和动量通量输送比多年月平均状态显著增强,动量通量增大1~5倍,热量通量增大1~6倍。寒潮过程入海冷锋走向、强度、移动方向显著影响海面热量通量和动量通量大值区的分布。偏北路寒潮纬向型冷锋入海,其强度东部大于西部,造成通量大值区形成在黄海东北部,而偏西路寒潮经向型冷锋入海,其强度南部大于北部,造成通量大值区形成在黄海南部。同时偏北路径寒潮强度大于偏西路径,海气动量通量响应较偏西路径强约25%,热量通量强约50%。耦合风浪作用的模拟显示,海气间热量通量和动量通量明显增大,对不同强度风浪,浪高增加1.5倍,动量通量最大值增大约2倍,热量通量增大10~160 W/m2;浪高减弱至0.5倍,动量通量最大值则减弱约40%,热量通量减小10~55 W/m2。冷锋及其驱动的风浪强烈影响区域海气通量时空特征。

寒潮过程中风浪对黄海海气热量通量和动量通量影响研究（英文）

使用大气和海洋再分析资料对黄海海气间热量通量和动量通量的特征进行统计分析,并通过FVCOM-SWAVE浪流耦合模式对典型寒潮过程中风浪的影响效果进行模拟研究与对比分析。统计结果显示,通量受海表大风、海气温差及海洋环流等因子影响,秋冬季节强烈,春夏季节相对较弱,在寒潮活跃的冷季该海域的海流处于弱流期,风浪对海面通量的作用明显增强。海温特征也显示冷季的不稳定性显著强于暖季,因此该海域冷季具有更强的海气热量通量。沿岸站点的比较显示,南部吕泗站面向更开阔的东海海域,其平均波高高出北部20%左右。这与沿海南部通量强于北部特征对应。数值模拟显示,在寒潮过程中,海气界面热量通量和动量通量输送比多年月平均状态显著增强,动量通量增大1~5倍,热量通量增大1~6倍。寒潮过程入海冷锋走向、强度、移动方向显著影响海面热量通量和动量通量大值区的分布。偏北路寒潮纬向型冷锋入海,其强度东部大于西部,造成通量大值区形成在黄海东北部,而偏西路寒潮经向型冷锋入海,其强度南部大于北部,造成通量大值区形成在黄海南部。同时偏北路径寒潮强度大于偏西路径,海气动量通量响应较偏西路径强约25%,热量通量强约50%。耦合风浪作用的模拟显示,海气间热量通量和动量通量明显增大,对不同强度风浪,浪高增加1.5倍,动量通量最大值增大约2倍,热量通量增大10~160 W/m^2;浪高减弱至0.5倍,动量通量最大值则减弱约40%,热量通量减小10~55 W/m^2。冷锋及其驱动的风浪强烈影响区域海气通量时空特征。

完整物理过程下南黄海浮游生态动力学数值研究 Ⅰ.模型建立

为了对南黄海进行生态动力学模型研究,不但需要选取合理的生态变量和生化过程及过程参数,而且还需要模型能够客观地再现该海域关键的物理过程。在建立波浪-环流-潮流共同作用的中国近海水动力模型的基础上,建立完整物理过程下的南黄海三维浮游生态动力学模型,旨在通过数值模拟认识南黄海的生态动力特征,并探讨关键的物理过程对生态的影响,特别是潮流和波浪混合对浮游植物时空分布的作用机制。本文先给出理论模型及模型配置。