近岸台风浪及植被水流环境中的风浪数值模拟研究

发布时间：2020-10-13 04:28

　　 近年来,由于全球气候变化等影响,海洋灾害(海啸、台风浪、风暴潮等)频发。台风引发的巨浪和风暴增水会对海上工程设施和沿海城市安全造成重大威胁,研究台风浪和风暴潮对海岸防灾减灾具有极其重要的意义,而准确的台风移动路径和强度是保证精确研究台风引发的海洋水环境变化的重要前提,尽可能准确地复演台风发生时各参数的时空变化,才能精确地研究台风浪和风暴潮的时空分布特性和演化规律,从而为海洋防灾减灾提供更科学的建议。已有研究表明近岸植被能有效消减台风浪和风暴潮的影响,因此研究近岸植被对周围水环境的影响就显得极为重要,特别是在极端天气背景下,这对预防海洋灾害、促进海洋经济发展和生态环境具有重要意义。本文基于SWAN模式和加入动边界和植被模块的ECOMSED模式研究了中国海域发生的台风浪和辽河口植被水域水流环境中风浪的传播运动,主要工作内容及成果如下:(1)以启德台风为例,运用SWAN模型,分析比较了ERA和CCMP两种再分析风场的精度。研究表明CCMP风场在测点处的质量优于ERA风场,两风场在风速较大时均偏小。为弥补该缺点,本文提出了针对单个台风的再分析风场的订正公式,通过实测数据验证表明本方法订正之后的风场精度大大提高,模拟的台风浪更接近实测值。(2)分别以2015年和2016年两次三台风为例,运用SWAN模型,模拟研究了ERA、CCMP、CFSv2三种再分析风场的精度。研究表明CCMP风场质量整体上更优,CFSv2质量居中,ERA风场和CCMP风场近台风中心的风速偏小明显。为修正再分析风场近台风中心风速和路径误差,本文提出了针对三台风的混合风场订正公式,同时结合浮标和卫星观测数据,验证了该混合风场的适用性,提高了模拟三台风共存时台风浪的模拟精度。(3)以辽河口植被湿地为研究区域,在潮流模型验证的基础上,将SWAN模式和ECOMSED模式耦合建立了辽河口湿地水域风、浪、流、植被耦合的数值模型,研究了1997年一次热带气旋影响下辽河口湿地植被水域水流影响下波浪传播运动。结果表明,由于植被阻力的影响,水流在植被水域运动时流速会降低,最大值降低将近50%,植被的存在会推迟漫滩时间,但是水流可能在植被区发生暂时壅水,延迟露滩时间;由于植被耗散作用,在植被区传播的波高衰减较其他水域明显;入射波高越大,植被水域波高衰减愈明显。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P732.3;P731.22
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究的背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 台风风场研究进展
        1.2.2 风浪数值模式研究进展
        1.2.3 植被水域中波浪水流运动的研究进展
    1.3 本文的研究内容
2 模型介绍
    2.1 基于SWAN模式的植被水域风浪流模型
        2.1.1 SWAN模式控制方程
        2.1.2 SWAN模式数值方法
        2.1.3 SWAN模式源汇项处理
        2.1.4 SWAN-VEG植被模块
    2.2 基于ECOMSED模式的植被水域风浪流模型
        2.2.1 ECOMSED潮流模型
        2.2.2 ECOMSED波流模型
        2.2.3 ECOMSED的植被模块
        2.2.4 加入动边界
    2.3 本章小结
3 基于风场订正的台风浪数值模拟
    3.1 研究区域及数据资料
    3.2 启德台风期间台风浪模拟
        3.2.1 风速验证及订正
        3.2.2 风场订正前后台风浪数值模拟
    3.3 本章小结
4 三台风期间中国近海台风浪数值模拟
    4.1 研究区域及数据资料
    4.2 2015年三台风期间台风浪模拟
    4.3 2016年三台风期间台风浪模拟
    4.4 本章小结
5 辽河口湿地水流环境中风浪运动的数值模拟
    5.1 辽河口湿地介绍及数据资料
    5.2 辽河口潮流验证
    5.3 ECOMSED动边界和植被模块验证
    5.4 辽河口风浪及SWAN植被模块验证
        5.4.1 风场与波高验证
        5.4.2 SWAN-VEG植被模块验证
    5.5 1997年热带气旋温妮对辽河口湿地水动力影响的数值模拟
        5.5.1 流场分析
        5.5.2 波浪场分析
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

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本文编号：2838731