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考虑波流耦合作用的渤海湾风暴潮三维数值模拟

于亮  
【摘要】:渤海湾是世界上风暴潮灾害发生频率较高的海域之一。以往对渤海湾风暴潮的研究大部分都是关于风暴潮过程中水位变化的计算和特定海域流场的分析,而对于风暴潮过程中近岸波浪对水位和流场的影响,基本限于少量的二维数学模型研究。 本文基于三维区域海洋模型ROMS和浅水风浪模型SWAN,建立了考虑三维辐射应力的渤海湾风暴潮模型。该模型除了能够模拟渤海湾风暴潮过程中天文潮和风暴潮的非线性作用,还可以考虑近岸波浪增水及近岸波生流对风暴潮的影响。本文的主要内容和结论如下: 1.论文根据实测资料对ROMS和SWAN模型进行了验证,确定了合理的模型参数。在此基础上,模拟了理想地形纯波浪作用下的波浪近岸增水和近岸波生流,并与理论值进行了对比。模拟结果表明:波浪近岸增水值与入射波高和海滩坡度成正比;斜向入射波浪产生的近岸波生流在破波线附近最大,向两侧逐渐减小。模拟的结果与已有理论一致。 2.本文对渤海湾9216、0310两场风暴潮进行了数值模拟,并按纯天文潮、不考虑波浪的风暴潮和考虑波浪的风暴潮三种情况分别进行模拟,最终得出了风暴潮过程水位和流场的时空变化特征。结果表明:风暴潮过程中迎风海岸增水值最大;沿岸流速增大,且由往复流变为单向流;由于表层受风应力作用,垂向流速梯度明显增加,各层之间的流向也出现差异。 3.针对近岸波浪对风暴潮近岸水位和流场的影响进行了详细的分析。分析表明:渤海湾风暴潮过程中波浪近岸最大增水值约0.3~0.4m,为入射波高的6%~8%,在风暴潮预报中不能忽略;风暴潮过程中的近岸波生流对沿岸流速有很大影响,波生流与水流同向时,流速增大,反之,流速减小。


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