基于参数化风场的南海北部风暴潮、波浪数值模拟

发布时间：2020-05-15 22:45

【摘要】：台风发生时会伴随强烈的低压气旋,由此会引发海面巨大的风暴潮、台风浪等次生灾害。南海北部的雷州湾区域是我国最大风暴潮发生海域之一,最大增水可达5.5m,有效波高可达12m,因此,针对南海北部的风暴潮、台风浪数值模拟研究具有重要意义。在风暴潮、台风浪的数值模拟研究中,其模拟精度受台风气压场和风场精度的影响,风暴潮和台风浪模拟计算所需要的风速等数据必须要通过风场模式输入。选择合适的台风气压场、风场,给定准确的输入资料,在风暴潮台风浪的数值模拟研究中至关重要。本文通过历史台风观测数据,研究了适用于的我国东南海域的台风风场和气压场的计算模型和关键参数,开展了南海北部风暴潮、台风浪的数值模拟,分析了“海鸥”台风过境时风暴潮作用下的最大增水、最大波高分布特点。本文研究内容和结果如下:1)基于Holland模型气压场和风场,通过对JTWC台风最佳路径数据集的参数样本分析,给出了最大风速V_m与最大风速半径R_(mw)之间的经验公式。2)根据台风风场梯度方程对Holland参数B进行拟合,给出了Holland B系数关于半径r、任意半径处风速V(r)、台风中心纬度φ和台风中心气压差?p之间的经验关系式。然后将本文模型与五种Holland B经验计算模型进行对比,经过统计分析与误差分析,选出了适用于我国东南海域的Holland B参数计算模型。3)根据该模型计算出Holland参数B的样本,给出其在我国东南海域的空间分布图,结果表明:在该经验模型计算下,Holland参数B样本空间分布有较明显的区域差异,在东经105°~120°范围内,Holland B的取值多在0.7~1.0之间,在东经120°~140°范围内,Holland B的取值多在0.9~1.2之间,从空间分布图的结果来看,也显示出东经120°~140°范围内的Holland B取值较大。4)根据台风场、波浪与风暴潮的耦合模式,建立了基于参数化风场的南海北部天文潮与风暴潮、波浪耦合模型。选用具有代表性的1415号“海鸥”台风,基于本文寻找到的最优Holland参数B的计算模型,确定模型中台风风场气压场的关键参数值。验证表明,建立的风暴潮、天文潮和波浪耦合数值模拟具有较高的精度,风暴潮增水、波浪波高过程与实测结果相一致。5)分析了“海鸥”台风过境时风暴潮作用下的最大增水、最大波高分布特点。雷州半岛东部海域最大增水大于琼州海峡海域内的最大增水值,雷州半岛东部海域出现3m以上增水,最大增水位置在雷州湾海域,最大增水在5.5m以上,雷州半岛西部海域出现超过2m的减水。受雷州半岛东部近岸水深较浅影响,琼州海峡海域最大有效波高高于雷州半岛东部近岸海域,但低于雷州半岛东部外海海域,雷州半岛东部外海海域有效波高可达12m,琼州海峡有效波高也可达6.5~7.5m。
【图文】：

空间差,耦合模式,高风速,经验系数

第二章台风场、波浪与风暴潮耦合模式( )1010 1010a ab af a a a bb ab bc w wc cc c w w w w ww wc w w a和 bw为经验系数，31.255 10ac ，，2.4bc 面上 10 m 高风速。图

时间离散,格式,空间分布函数,空间差

图 2-1 空间差分网格时间离散见如图。图2-2 时间离散格式初始条件( ) ( )( )( )0000, , ,, , 0, , 0t tt tt ttu tv t （2-16）式中0 为计算初始时刻潮位空间分布函数。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P731.2

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