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浅水波浪的数值模拟和高频地波雷达资料同化

叶钦  
【摘要】:目前国际上非常流行的SWAN海浪模式,是近年来发展起来的第三代浅水海浪模式,除具有第三代海浪模式的优点之外,该模式还考虑了三波非线性相互作用和深度破碎等浅水效应,可成功地模拟近岸海浪的生成和发展,得到越来越广泛的应用。 本文首先介绍了SWAN模式及其特点,并利用浅水实测资料作了进一步验证和比较。在此基础上,利用SWAN模式模拟了波浪爬坡情形,与传统的浅水波浪理论关系进行了比较,当不考虑能量耗散和三波非线性相互作用时,数值模拟结果与理论关系符合得很好,与坡度大小无关。在考虑三波相互作用时,模拟结果与理论关系式变化趋势一致,当水深较深时,两者完全一致,随着水深变浅,在同样水深条件下,坡度越小,波高增大越快,同时波长和周期减小越快。考虑深度破碎时,波高则随水深变浅而迅速减小,而对周期和波长的影响比较小。 为提高模式数值模拟的精度,数据同化技术受到越来越多的重视,本文利用最优插值法对模拟波高进行了同化。由优化的波高得到新的海浪谱可采用不改变谱形结构和利用JONSWAP谱构造新的海浪谱两种方法,研究表明,后者给出的结果更为合理。本文分别利用高度计资料和地波雷达资料对模拟波高进行了优化,同化后模拟结果与观测值的均方差分别由0.11m和0.16m降低为0.06m和0.11m,大大提高了模式的精度。


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