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台风灿鸿强迫下黄东海海浪分布特征模拟研究

杜艳  
【摘要】:台风是影响我国近海海域的一种强天气现象,其引起的强风、巨浪以及台风增水会严重影响到沿海地区的经济建设与人民生命财产安全,海浪预报一直是海洋研究的优先事项。目前对台风浪的研究由于连续观测的难度较大,常采用数值模式的方式来实现。本文以201509号台风灿鸿为例,通过COAWST模式(Coupled-Ocean-AtmosphereWave-Sediment Transport)中的海浪模式SWAN(Simulating WAves Nearshore)与区域海洋模式ROMS(Regional Ocean Modeling System)构建了中国黄东海海域下的耦合模式,以研究在台风灿鸿影响下海浪场的响应特征。模拟结果与浮标以及Jason-2高度计有效波高数据进行对比,验证了模拟的可靠性。根据实际研究区域,本文进行了敏感性实验分析,考量使用不同地形数据(ETOPO1,ETOPO2,GEBCO)、耦合与非耦合模拟(SWAN,SWAN与ROMS)、不同物理参数化方案(风能输入与白冠耗散,底摩擦耗散)下的模拟结果差异。结果发现,使用GEBCO地形数据下模拟结果更准确稳定。加入海流的影响后发现浪流作用显著,在台风中心附近,台风诱导的近惯性流较强,浪流耦合的多普勒效应在台风前进方向两侧引起有效波高变化。在台风强度较高时,强流速处的有效波高差值超过1米。不同风能输入与白冠耗散方案下的差值接近0.4米,不同底摩擦方案下的差值接近1米。根据敏感性实验结果得到一套灿鸿强迫下海浪模拟的适用方案。从台风发展至减弱的过程中,海浪场的响应也表现出不同特征。在其前进方向右前象限,因风向与台风移动方向一致,相对风速较大,海浪受扩展风区的持续作用,有效波高显著增加,而在左侧象限,波向与台风前进方向相反,风区较短,有效波高降低,这种不对称性与台风强度呈正相关。在台风前进方向右前象限,海浪方向谱主要表现为单峰,传播方向较窄,峰值频率在0.1 Hz以内,主导波向西北或偏北方向传播。而在左侧及后侧象限,方向谱更易表现出双峰或多峰特征,谱形状由低频向高频倾斜,谱宽且频率稍高,峰值频率分布在0.1 Hz附近。台风强度较高时,其诱导的较强近惯性流对海浪能量的影响较为显著,以右前象限能量减小更为明显。在研究范围(3-4倍最大风速半径)内,右前象限有效波高受扩展风区作用,大小基本随距离增加,而在其他象限变化情况相对复杂。


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