海浪的数值模拟及其大尺度作用力的分析

发布时间：2020-06-17 01:15

【摘要】：在两年的博士后研究工作中,针对海浪的数值模拟及其大尺度作用力进行了系统的学习和研究。主要做了以下三方面的工作: 首先,建立起一个近岸海浪场数值预报系统。对国际上广泛采用的两种能谱海浪模式WaveWatch和SWAN进行了深入的研究,成功将WaveWatch移植到Windows操作系统下运行,提高了模式的易用性和可操作性,同时修正了SWAN与WaveWatch模式的嵌套接口所存在的错误,使SWAN在与WaveWatch模式嵌套运行时能够采用不规则边界的曲线网格或格距更小的规则网格,在这些工作的基础上,采用WaveWatch与SWAN模式嵌套的方法成功地建立起一个近岸海浪场数值预报系统,并得到成功的应用。 其次,在博士生研究成果基础上,对原有的二维边界元数值波浪水槽模式进行有意义的改进和发展。为模型建立了一个实用的图形用户界面程序,该程序够直观设置水槽的各种实验参数,可以随意调整水槽的长度、深度,人工设置初始自由面甚至设置不同形状的人工地形等,同时通过该程序还可设置造波机和消波器的参数,以满足不同实验的要求,从而极大的改善了原有模式的可操作性,该程序的建立也为模式的推广和应用开辟了道路;同时,针对传统的活塞式消波器只对浅水波具有较好的消波效果,而对深水波和有限水深波的消波效果不理想的问题,为提高活塞式消波器的消波效果,设计了一个变浅地形主动消波器,其原理是在水槽末端人为设置变浅地形,利用变浅作用使传入波全部过渡为浅水波,然后使用活塞式消波器,将所有浅水波动吸收掉。该消波器对深水波和有限水深波具有明显的吸收作用,同时将该方法与阻尼消波相结合不仅能够有效处理宽频谱随机波动,而且可以有效缩短所需消波区的长度。 最后,作为对博士期间工作的总结,对海浪在大尺度条件下产生的波生横向彻体切应力的性质进行了分析。对深水情况下彻体切应力随风浪要素的变化的分析表明,风速会影响彻体切应力的表面强度,但不改变它的影响深度,而风区则改变彻体切应力的影响深度,但不改变它的表面强度。为定量的检验该作用力对海洋环流的驱动作用,将其与定常Ekman漂流的风生团粘性力进行了比较,得到了彻体切应力与风生湍粘性力无论在表面强度还是影响深度上都具有相同量级的重要结论。最终建议在具体研究中有必要作为外部条件将风场与浪场独立考虑。
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：P731.22
【图文】：

Wavewatch111的主程序在Windows系统下运行示意图

通过较为复杂的运行调试，我们将认龟vewathc模式成功的移植到诚ndows操作系统下运行(详细的移植步骤参见附件)l图1一1、Wavewatch111的主程序在Windows系统下运行示意图

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