台风浪在我国内海的传播、演变数值模拟

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台风浪是近年来海洋动力学研究的热点问题,台风涌浪对航行和系泊船只以及港口结构的作用越来越受到人们重视,涌浪能量可以从深海传播至近岸,传播过程中的波浪特征以及引起的近岸长周期波动的研究较少。基于SW谱波浪模型,建立了以我国内海水域台风浪计算为目标的台风浪计算模型。对模型的风场与波浪场进行率定,证明了该模型的适用性。探讨了白帽耗散、底摩阻等源函数在深水与浅水的影响程度。采用本文建立的我国内海台风浪模型,对中国内海水域进行了三种典型台风浪的数值模拟。重点研究东南内海向黄、渤海传播的台风浪传播及演化过程。考察了台风浪传播、演变特点、影响范围和程度。得出如下认识:(1)验证表明,本文建立的我国内海水域台风浪计算模型,对研究东南内海向黄、渤海传播的台风浪成长及演化过程具有较好的实用性。数值实验表明白帽耗散项对深水的波浪影响较大,对浅水波浪影响较小;底摩阻在深水与浅水对波浪影响程度相当。参数按此设置与验证。(2)台风生成台风浪的大小受台风风速、台风作用于水面的时间、台风中心移动速度等因素制约。台风路径的变化对深海形成的波高数值影响不大,但对近岸地区的影响程度和范围影响较大。(3)归纳三类台风对我国内海海岸的影响规律发现:在台湾、福建、浙江岸登陆的台风,对我国内海沿岸地区的影响集中在登陆附近,对长江以北地区影响有限;台风浪传播至北黄海江苏北部、山东沿海地区乃至渤海时,有效波高衰减逐步减小,北黄海江苏北部有效波高一般在2-3米、山东沿海地区一般在1-2米、渤海附近一般不超过1米。(4)台风登陆后,第一类和第二类台风形成的台风浪,从能量扩散速度判断,应经历能量由高频向低频转化的过程(易形成长周期波浪),两类台风成浪均可传播到渤海海域。而第三类台风,由于中心移动速度较快,台风浪可能未能完成能量由高频向低频转化的过程即可抵达岸边,对此应开展进一步的深入研究。(5)长周期波浪生成后,波能衰减速度显著减慢,长周期波浪可在我国北方海域生存2天以上。本文研究的长周期多为10s~30s,此范围长周期波浪容易与系靠泊的船只产生共振。(6)涌浪在台风登陆之后的传播速度很快,约为50km/h~60km/h,涌浪传播速度在我国内海可以达到台风中心运动速度的2倍左右。
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