基于FVCOM的厦门湾台风风暴潮数值模拟

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中国沿海的风暴潮灾害位于所有海洋灾害之首,每年风暴潮灾害都会造成重大的经济损失和人员伤亡。因此,开展风暴潮的模拟研究是非常必要的。本文选取风暴潮灾害多发的台湾海峡作为研究区域,重点研究台湾海峡西岸的厦门湾的风暴潮变化过程。  本研究基于FVCOM和SWAN建立了台湾海峡-厦门湾海域的潮汐-风暴潮-波浪耦合模型。首先基于厦门湾潮汐潮流模型对厦门湾三维潮汐潮流进行研究,与厦门湾实测资料对比并分析了厦门湾的潮汐潮流性质。研究结果表明:厦门湾潮波主要由台湾海峡经金门岛两侧水道进入湾内,其中金门岛南侧的潮波一支通过金门水道和金门岛北侧的潮波汇合,另一支向西传播进入九龙江。厦门湾口的潮波主要受台湾海峡潮波的影响呈驻波性质的潮波系统;湾内的潮汐通道区域受地形和岸线的影响,则呈现前进波性质。厦门湾表层和底层余流场结果显示厦门湾潮余流有北进南出的特点,余流从围头和金门岛之间的区域流入湾内,从金门岛到镇海角之间的区域流出湾外。通过纳潮量的计算得到厦门湾平均纳潮量为2.76×109 m3。验证结果表明所建立的模型能够较好的再现厦门湾水动力特征。  以台湾海峡-厦门湾空间大小网格嵌套的三维天文潮风暴潮耦合模型,对2014年第10号强台风“麦德姆”(Matmo)进行模拟。分析了厦门湾内特征点的水位、海流和特征断面的瞬时流量和净流量对台风的响应。模拟结果和实测数据对比良好。在准确模拟“麦德姆”台风登陆过程的风暴潮变化的基础上,设计了台风移动路径变化的影响实验,讨论其对厦门湾风暴潮的影响,研究结果表明,在厦门南面登陆的台风比在厦门北面登陆的台风对厦门造成的增水要大,台风离厦门越近对厦门造成的影响越大。在厦门北面登陆的台风虽然造成的增水较小,但是引起的台风减水不容忽视。由于天文潮和风暴潮的非线性作用,当台风叠加到不同潮位时,其对风暴潮增水的影响各不相同。  结合台风影响过程中台风浪的影响,构筑了台湾海峡-厦门湾三维天文潮-风暴潮-波浪耦合模型,讨论台风浪过程对海岸增水的影响。通过耦合模拟计算,考虑波浪增水效应的模拟结果更接近实测值。厦门湾的波浪受局地的风和台湾海峡传来的波浪共同作用。波浪在台风邻近登陆时,对厦门湾增水的贡献在10 cm左右,对流速的贡献在0.1 m/s以内。  研究表明,本模型所采用的网格嵌套、参数匹配和天文潮-风暴潮-波浪的耦合处理在地形复杂的强潮海域是有效的,对研究台湾海峡及厦门湾海域的风暴潮提供了较好的分析手段。
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