【摘 要】
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针对高发性的台风浪和风暴潮海洋动力灾害过程,考虑动力灾害预警和应急响应的具体需求,本文建立了一个适合快速灾害预警的动力计算模式,并结合波浪对漫堤的影响建立适合福建省的海水漫堤预警系统,还进行了福建沿岸天文潮、风暴潮和台风浪相互作用的研究。首先建立了二维有限元水动力计算模式FETSWCM,并将其与海浪计算模式SWAN进行双向耦合建立了天文潮-风暴潮-台风浪耦合计算模式FETSWCM-SWAN。利用福
【基金项目】
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国家科技支撑计划资助项目（2013BAB04B01）；
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针对高发性的台风浪和风暴潮海洋动力灾害过程,考虑动力灾害预警和应急响应的具体需求,本文建立了一个适合快速灾害预警的动力计算模式,并结合波浪对漫堤的影响建立适合福建省的海水漫堤预警系统,还进行了福建沿岸天文潮、风暴潮和台风浪相互作用的研究。首先建立了二维有限元水动力计算模式FETSWCM,并将其与海浪计算模式SWAN进行双向耦合建立了天文潮-风暴潮-台风浪耦合计算模式FETSWCM-SWAN。利用福建沿海实测潮位资料和台湾海峡浮标实测有效波高资料进行了天文潮、风暴潮和台风浪有效波高的模拟检验,其中天文潮模拟平均绝对误差为22 cm,风暴潮模拟均方根误差为25 cm,台风浪有效波高模拟平均绝对误差为0.70 m。为提高灾害水位模拟精度,本文还进行了天文潮同化研究。FETSWCM模式中,天文潮同化采用8km同化半径的直接替换同化方法,结果表明同化站位及其附近的天文潮模拟误差均得到了有效降低;耦合水位模拟根据天文潮同化模拟结果进行了修正,结果表明此间接修正方法有效降低了高潮水位的模拟误差。之后,考虑海水漫堤过程中波浪的作用,提出一种根据堤前有效波高计算波浪爬高的方法,并结合波浪对漫堤的影响,形成了福建省的海水漫堤预警方案。考虑海堤的设计标准不同,预警方案为预报累积频率2%（万亩海堤）或累积频率13%（非万亩海堤）以及累积频率0.1%的波浪爬高所及高程,预警结果由它们与海堤高程进行比较形成。最后,根据海洋动力模式计算和海水漫堤预警方案形成的漫堤预警结果在Matlab GUI交互式界面上进行预警显示,构建了一个完整的福建省海水漫堤预警系统。该系统对两场台风过程的漫堤后报准确率达87%。本文还使用FETSWCM模式进行了福建沿岸的天文潮、风暴潮和台风浪相互作用的研究。数值实验结果得到以下规律:天文潮和风暴潮相互作用使风暴潮呈现潮周期振荡,使潮时出现提前和使潮差变小;台风浪有效波高和波浪增水在天文潮影响下都呈现潮周期的振荡;台湾海峡深水区域潮流对波浪产生顶托作用,当潮流与波向一致时使波高减小,相反时使波高增大;福建近海浅水区域潮位影响波浪传播速度,使波浪发生变形,从而高潮时使波高增大,低潮时使波高减小;福建近海港湾出现波浪增水,台湾海峡出现波浪减水。波浪增减水幅值随台风向岸的靠近而增大。本文通过简化理论推导得到了台风登陆时刻,福建北部岸段天文潮和风暴潮相互作用对潮时和潮位的影响的计算公式,即耦-线差计算公式。对1521号台风过程进行耦-线差计算,结果表明耦-线差计算可用来提高风暴潮灾害水位模拟精度。
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