發(fā)布時間：2020-03-23 02:44

【摘要】：渤海是我國唯一的內海,沿岸地區(qū)經濟發(fā)達,人口密集。由于地處北半球高緯度地區(qū),渤海時常遭受寒潮大風、溫帶氣旋等天氣過程的侵襲,是風暴潮災頻發(fā)的地區(qū)之一。風暴潮過境時會給近岸地區(qū)造成大范圍的增減水,為保障該地區(qū)人民的生活生產安全,減少災害發(fā)生時的人員傷亡和財產損失,有必要對渤海風暴潮特性進行研究,并開發(fā)相應的數學模型,以便有關部門對風暴潮災害進行快速預報和分析,做好防范措施。風暴潮的影響因素錯綜復雜,主要包括地理、氣象、天文潮和波浪等因素。此外,不同類型風暴潮的特征也不盡相同。前人通過分析大量資料將渤海風暴潮主要分為四類,即冷鋒配合低壓類、冷鋒類、強孤立溫帶氣旋類和臺風類風暴潮。本文使用三維有限體積海洋模型FVCOM和第三代波浪模式SWAN相結合,對這四類渤海風暴潮進行了數值模擬,分析了它們的特征,以及風、氣壓、波浪、地形因素對風暴潮增水的作用效果。將美國國家環(huán)境預報中心提供的風場數據(NCEP)和歐洲中期天氣預報中心提供的風場數據(ECMWF)與渤海實測風場進行了比較,結果表明,NCEP風場數據的可信度較高,因此選擇NCEP風場驅動模型�；谑占降牡匦�、岸線、水文、氣象等基礎資料建立了考慮浪-流耦合的渤海風暴潮模型,模型的范圍覆蓋渤海和北黃海。用實測資料對該耦合模型進行了校準和驗證,結果表明,此模型可以用于后續(xù)的研究。使用風暴潮耦合模型對渤海四個典型風暴潮過程開展了數值模擬。對模擬結果進行分析,發(fā)現與冷鋒配合低壓類風暴潮相比,冷鋒類風暴潮的氣壓作用效果不明顯。強孤立溫帶氣旋類風暴潮和臺風風暴潮的增水影響與其低壓中心的移動路徑有較大關系。風是風暴潮的最主要影響因素,但海浪的影響同樣不可忽略。在數值模擬時,不考慮海浪對海表粗糙度的影響會造成增水極值的低估。在地形平緩的近岸淺水區(qū)(如渤海灣西南部、萊州灣、遼東灣北部以及曹妃甸東部),波浪破碎形成的沿岸流會引發(fā)增水,但影響效果不明顯。渤海灣西南部破波帶內的波生沿岸流呈順時針方向,該沿岸流在海表層有明顯的向岸趨勢,在海底的向岸趨勢不明顯;破波帶外的波生流流向在海表層為離岸,底層為向岸,且底層波生流的流速較小。
【圖文】：

8圖 2-1 FVCOM 三角形網格示意圖Figure 2-1 Illustration of irregular meshes used in FVCOM

而各層的垂向速度和湍流變量 q2、q2l 則位于 σ 層間的交界處，如圖2-2 所示。模型對各 σ 層的厚度沒有限制，用戶可以選擇一致或不一致的 σ 層。圖 2-2 σ 坐標下變量位置示意圖Figure 2-2 Illustration of variables’location in vertical σ coordinate模態(tài)分離海洋中主要存在兩種類型的流動。當流體自由表面受到擾動時，會以重力作為恢復力而產生波動，此類流動稱為重力波動。這種流動所引起的海面高度變化一般與整層水體的梯度成比例，與垂向各層的流動細節(jié)無關，故此類流動可以使用垂向積分方程來進行計算。另一類流動是與密度場有關的流動，主要是由各地海水的溫度和鹽度不同所引起的密度差異所導致的一種變化較慢的運動。由于由密度引起流動的速度遠小于由重力引起流動的速度，因此可以選擇不同的時間步長對這兩種流動進行處理，增加計算效率，這種方法稱為模態(tài)分離算法。對前者使用時間步長較短的垂向二維模式，稱為外模式，對后者使用時間步長較長的三維模式，，稱為內模式。這種模態(tài)分離運算方法已成功地運用在 POM 模型中，在FVCOM 中也使用了同樣的模態(tài)分離方法。
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P731.23

【參考文獻】

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1 楊曉君;;天津沿海風暴潮預警的減災成效[J];城市與減災;2013年03期

2 傅賜福;于福江;王培濤;劉秋興;董劍希;;濱海新區(qū)溫帶風暴潮災害風險評估研究[J];海洋學報(中文版);2013年01期

3 李大鳴;范玉;徐亞男;付慶軍;李曉瑜;;風暴潮三維數值計算模式的研究及在渤海灣的應用[J];海洋科學;2012年07期

4 曾繼平;姜歡歡;李希彬;;天津沿海風暴潮災害近20年統(tǒng)計及其成因分析[J];中國海洋大學學報(自然科學版);2012年S1期

5 傅賜福;董劍希;吳少華;劉秋興;;渤海典型溫帶風暴潮數值模擬及改進實驗[J];海洋預報;2011年05期

6 楊曉君;何金海;呂江津;王穎;何群英;;海面風場訂正對風暴潮數值模擬的影響[J];氣象;2011年03期

7 謝翠娜;胡蓓蓓;王軍;陳晶晶;許世遠;劉耀龍;葉明武;;天津濱海地區(qū)風暴潮極值增水漫灘情景展示及風險評估[J];海洋湖沼通報;2010年02期

8 侯淑梅;孫忠欣;盛春巖;;溫帶氣旋誘發(fā)的渤海風暴潮天氣分析[J];氣象科學;2009年02期

9 林祥;尹寶樹;;潮汐風暴潮中波浪對表面風應力系數的影響[J];河海大學學報(自然科學版);2007年06期

10 馬振興;;天津市自然災害特征及防治對策[J];自然災害學報;2006年05期

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1 呂祥翠;基于SWAN模型的渤海波浪特性及水交換研究[D];天津大學;2014年

2 李銳;近岸浪—流耦合物理機制及其應用研究[D];中國海洋大學;2013年

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1 潘番;渤海海浪SWAN計算模式及波浪反射的研究[D];天津大學;2014年

2 劉永玲;海浪與風暴潮相互作用對風暴潮影響的數值研究[D];中國海洋大學;2007年

3 王園香;渤海和北黃海冬春季大風動力機制及中尺度特征的數值研究[D];中國海洋大學;2004年

4 林全泓;強風浪過程中近岸泥沙運動的數值模擬[D];天津大學;2004年

本文編號：2596050