【摘 要】
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涌浪是海面极为重要的波浪形式,产生于源区风浪,离开风的作用区域后继续传播、变形并发生能量耗散。涌浪在时空上具有普遍性和持续性,其重要性得到了强调,备受国内外相关领域研究人员的关注。涌浪普遍存在于全球海洋,且在大部分时间占主导作用,影响海气间能量和通量的交换形式。涌浪的空间尺度较大,因其传播距离远,持续作用时间长,往往蕴含巨大的能量。东海是我国三大边缘海之一,西接中国大陆,东边至琉球群岛,濒临西北太
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涌浪是海面极为重要的波浪形式,产生于源区风浪,离开风的作用区域后继续传播、变形并发生能量耗散。涌浪在时空上具有普遍性和持续性,其重要性得到了强调,备受国内外相关领域研究人员的关注。涌浪普遍存在于全球海洋,且在大部分时间占主导作用,影响海气间能量和通量的交换形式。涌浪的空间尺度较大,因其传播距离远,持续作用时间长,往往蕴含巨大的能量。东海是我国三大边缘海之一,西接中国大陆,东边至琉球群岛,濒临西北太平洋。西北太平洋是全球台风发生频率最高,强度最大的海域。由于涌浪的传播速度较快,我国东南沿海一带有谚语“无风来长浪,不久狂风降”,即在台风未到之前,其激发生成的涌浪先行到达。台风激发生成的涌浪更具有破坏力,对沿海设施及航行船只造成潜在威胁。西北太平洋台风期间,东海的涌浪主要来自于西北太平洋。涌浪由台风激发生成,通过琉球群岛从西北太平洋传播进入东海,从源地向外传播过程中能量不断耗散。其中,衰减率是定量化描述涌浪传播过程中能量耗散的一个重要指标。不同于开阔大洋,东海有其特殊地形,与西北太平洋之间隔以琉球群岛,涌浪的传播受到限制。其相关研究较少,亟待进一步的研究。本文基于WAVEWATCⅢ(WW3)海浪模式,系统性的分析了 1978~2018近40年台风期间,不同强度、大小、速度和路径的台风激发生成的涌浪从西北太平洋通过琉球群岛传播进入东海形成浪区的空间分布特征,并通过多元线性回归分析涌浪入射深度与台风要素的相互关系。在此基础上,借助大量的卫星高度计数据集,以琉球群岛的宫古海峡为窗口,利用涌浪沿地球大圆弧传播原理,提出一种适于估计东海涌浪衰减率的方法。主要结论如下:利用WW3海浪模式制备了高精度的再分析浪场,结合1978~2018年台风历史资料和CFSR再分析风场资料,研究三种路径台风激发的有效波高2 m及以上的涌浪进入东海形成浪区的空间分布特征,及涌浪入射深度与台风要素的相互关系。结果表明,沿适当角度的台风外围涌浪主要通过与那国海峡、宫古海峡、边户岬-与路岛水道、奄美-吐噶喇海峡传入东海,其余受到岛屿阻挡。从1053个台风过程筛选得到的40个单独台风案例中,宫古海峡入射次数最多为33次,其次是边户岬-与路岛水道和奄美-吐噶喇海峡均为17次,与那国海峡为11次。奄美-吐噶喇海峡,宫古海峡、边户岬-与路岛水道和与那国海峡的涌浪入射深度达到最大时分别约为570 km、480 km、380 km和234 km。多元线性回归分析结果表明,登陆型台风和西进型台风10级风半径、台风平均移动速度、入射角度对涌浪入射深度的影响较大,存在最优的多元线性回归模型,分别为Yl=-0.43Sj—9.18Sd+1.94|Jd|+266.39和Yl=6.31Sj—12.58Sd+3.27|Jd|—229.26。单独台风要素与涌浪入射深度无统计学上的相关性。基于上述研究,西北太平洋台风激发生成的涌浪以台风中心为源区向外近似扇形散开,沿地球大圆弧传播,一部分被岛屿阻挡,另一部分角度适当的涌浪通过琉球群岛的海峡传播进东海并逐渐衰减,使得传播进东海的涌浪成分相对单一,这为研究东海涌浪衰减率打开了窗口。涌浪衰减率的研究需要基于耗散机制的物理解释,目前涌浪衰减机制尚未有统一的认识。随着卫星观测的积累,借助海浪数值模式推动了涌浪耗散机制和衰减率的研究。本文研究距离台风源地600~1500km 的近场涌浪,基于 1992~2018 年 TOPEX/Poseidon 和 Jason-1/2/3 庞大的卫星高度计数据集,巧妙利用琉球群岛的特殊地形,以宫古海峡为窗口,利用涌浪沿地球大圆弧传播原理,筛选了 4条与涌浪传播方向一致的高度计轨道来估计涌浪衰减率。基于涌浪衰减的物理机制是与湍流相互作用的结果,得到无量纲涌浪衰减因子b1分别为1.4×10-3、1.1×10-3、1.3×10-3和1.5×10-3,与前人的研究结果一致。取4条轨道的衰减因子平均值b1=1.3×10-3做衰减曲线,与高度计观测有效波高拟合结果较好,说明该方法可以用来估计东海涌浪衰减率。
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