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风暴潮漫滩数值预报模型的研究及其应用

徐亚男  
【摘要】: 风暴潮是世界海洋灾害中最严重的灾害之一,威胁着人类的生命财产安全。中国拥有漫长的海岸线和辽阔的海域,为经济发展提供了良好的客观有利条件,但每年夏秋遭热带气旋袭击,春冬受寒潮大风影响,致使中国成为受风暴潮致灾的频发区。研究风暴潮的产生、发展和对海岸线侵袭过程的物理机制具有重要的理论意义,特别是风暴潮预报方法具有迫切的现实意义。 本文结合天津市海岸线和近海特征,以二维温带风暴潮数学模型为基础,同时考虑风场、波浪对风暴潮的影响,推导了二维风暴潮与漫滩控制方程。采用有限差分的ADI(Alternating Direction Implicit Method)格式对风暴潮方程进行离散和求解,同时利用有限体积的无结构网格方法对漫滩控制方程进行离散和求解。据此,建立风暴潮漫滩数值预报模型,通过对风暴潮潮位过程及漫滩淹没范围的计算,可以实现对风暴潮增水过程的实时预报。 为提高风暴潮漫滩数学模型的控制边界精度,本文提出采用调和分析、嵌套模型和风场作用三位一体的风暴潮漫滩数学模型边界确定方法,并考察了波浪辐射应力对风暴潮增水和漫滩过程的影响。通过对渤海湾2007年3月份和2007年8月份两次风暴潮增水过程的计算模拟,给出了渤海湾沿岸风暴潮潮位增水过程和假设海堤高度前提下沿岸漫滩过程,并将风暴潮潮位过程与塘沽验潮站实际观测资料进行了比较,结果表明风暴潮漫滩数学模型具有一定的预报功能。对天津滨海新区的风暴潮预报作了具有实用价值的探索工作。


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