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长江口及杭州湾风暴潮三维数值模拟

黄华  
【摘要】:长江口及杭州湾位于我国海岸线的中部,东临西太平洋,每年都要遭受台风的袭击,所引起的风暴潮灾害给沿海地区造成的损失非常巨大。所以长江口区风暴潮的研究是很有现实意义的。本文基于国际上普遍应用的三维河口、海岸、海洋模型ECOM-si,对长江口及杭州湾海区的三次风暴潮过程进行了数值模拟。 本文的研究中采用了TC9711(Winnie)、TC0012(Prapiroon)和TC0014(Saomai)三个影响长江口及杭州湾海区的台风。 在气压场的选取上采用了两个国内外风暴潮研究中普遍采用的公式,即Fujita(藤田)气压场公式(文中简称公式Ⅰ)和Fujita-Takahashi(藤田—高桥)气压场公式(文中简称公式Ⅱ),并对这两个气压场公式计算的气压场进行了比较说明,主要的区别是:公式Ⅰ计算的气压场强度的衰减速度要比公式Ⅱ计算的慢。 在风场的求解中,通过梯度风公式由气压场Ⅰ和Ⅱ求解出梯度风场,移行风场采用Ueno公式计算,得出两种不同的风场。通过比较发现由公式Ⅰ得出的最大风速半径外围的风力要比由公式Ⅱ计算的结果稍大。利用0012台风期间高桥站实测风速资料进行验证,得到公式Ⅰ的模拟结果要明显优于公式Ⅱ的计算结果,尤其是对风速极大值的模拟。 本文对风暴潮过程中三个主要因子——径流、天文潮和风暴潮单独作用下水位和流场进行了数值试验。夏季径流的单因子作用在长江河口附近能够使水位有0.05m左右的抬升,对于径流单因子下的流场来说,径流作用在长江河口很强烈,靠近口门附近下泻径流的流速较大,达到0.4m/s左右,而在口门外则径流影响变得非常小。天文潮是一个重要作用因子,在三个台风期间单独作用下高桥站潮差最大有3.5m~4m,而流速有约1.5m/s。风暴潮单因子作用下,一方面由气压降引起增水,一方面风应力拖曳水体,使台风中心附近的水体流动呈现出气旋的特征。风暴潮单因子作用下能使高桥有1m~1.5m的增水,风生流速最大有近2m/s。 同时,对上述三个因子耦合作用下风暴潮水位和流场也进行了数值模拟。模拟过程中分别采用公式Ⅰ和Ⅱ下的气压场和风场,对风暴潮过程进行数值模拟。首先对风暴潮期间的天文潮位进行模拟,模拟结果与潮汐表预报值符合较好。9711号,0012号和0014号台风期间的天文潮的模拟结果与预报值的均方误差分别为


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