【摘要】：熱帶氣旋下海浪空間分布特征的研究不僅可以直接提高熱帶氣旋下海浪的預(yù)報(bào)精度,而且可以增進(jìn)對(duì)高風(fēng)速下海氣界面動(dòng)量通量和熱通量的理解,改善熱帶氣旋強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的預(yù)報(bào),具有很高的科學(xué)價(jià)值和社會(huì)效益。但是目前的海浪模式風(fēng)能量輸入源函數(shù)也不適用于高風(fēng)速下海浪的模擬,而且目前的研究中沒(méi)有深入探討熱帶氣旋風(fēng)場(chǎng)細(xì)結(jié)構(gòu)特征對(duì)海浪平均要素和海浪方向譜的影響。針對(duì)海浪模式可能高估風(fēng)能量輸入的問(wèn)題,基于高風(fēng)速下拖曳系數(shù)最新觀測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果改進(jìn)WAVEWATCHⅢ(WW3)海浪數(shù)值模式風(fēng)能量輸入源函數(shù),使之適用于高風(fēng)速下的海浪數(shù)值模擬,并設(shè)計(jì)理想實(shí)驗(yàn)和熱帶氣旋Bonnie實(shí)驗(yàn)評(píng)估改進(jìn)模式的模擬效果。理想實(shí)驗(yàn)表明,改進(jìn)模式降低了模式的風(fēng)場(chǎng)能量輸入,但不改變有效波高、平均波長(zhǎng)和海浪方向譜的空間分布特征,對(duì)平均波向的影響甚微,可忽略;無(wú)論在高風(fēng)速(大于25m/s)還是在低風(fēng)速區(qū)域,改進(jìn)后模式模擬有效波高相對(duì)于改進(jìn)前模式在氣旋各象限均顯著減小,且左前和右前兩個(gè)象限比左后和右后兩個(gè)象限減小程度明顯偏大。將改進(jìn)模式進(jìn)一步應(yīng)用于熱帶氣旋Bonnie下的海浪模擬,結(jié)果表明采用高風(fēng)速下拖曳系數(shù)逐漸減小的模式改進(jìn)方案,模擬結(jié)果與觀測(cè)吻合最好,即實(shí)際上拖曳系數(shù)在高風(fēng)速下更可能是隨著風(fēng)速增大而逐漸減小。 本研究設(shè)計(jì)了一系列理想數(shù)值實(shí)驗(yàn),利用高分辨率的WW3海浪模式定量分析熱帶氣旋移動(dòng)速度、強(qiáng)度、最大風(fēng)速半徑、入流角度、表面風(fēng)場(chǎng)非對(duì)稱(chēng)性和熱帶氣旋移動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)向等風(fēng)場(chǎng)細(xì)節(jié)因素對(duì)熱帶氣旋下表面海浪分布特征的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,熱帶氣旋下海浪的空間非對(duì)稱(chēng)分布不僅與熱帶氣旋風(fēng)場(chǎng)的非對(duì)稱(chēng)性有關(guān),而且還會(huì)受到熱帶氣旋移動(dòng)速度、最大風(fēng)速半徑、入流角度和熱帶氣旋移動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)向的影響。入流角度和最大風(fēng)速半徑增大會(huì)使最大有效波高的位置向后移動(dòng),而移動(dòng)速度和風(fēng)場(chǎng)非對(duì)稱(chēng)性會(huì)使最大有效波高位置向前移動(dòng)。熱帶氣旋移動(dòng)速度增大會(huì)使右側(cè)象限內(nèi)的有效波高明顯增大,左側(cè)象限內(nèi)有效波高減小。熱帶氣旋最大風(fēng)速半徑增大和強(qiáng)度增強(qiáng)使各象限內(nèi)有效波高均顯著增高。入流角度增大使有效波高在前兩個(gè)象限內(nèi)減小,后兩個(gè)象限內(nèi)增高。隨著風(fēng)場(chǎng)的非對(duì)稱(chēng)性增強(qiáng),除了左前象限內(nèi)有效波高增大,其余象限內(nèi)均減小。熱帶氣旋的轉(zhuǎn)向使各象限內(nèi)有效波高有所增高,除了右后象限。這些風(fēng)場(chǎng)特征對(duì)各個(gè)象限內(nèi)海浪的平均波長(zhǎng)、平均波向和波峰方向都有不同程度的影響,尤其以左后象限最為顯著。入流角度對(duì)再現(xiàn)海浪方向譜的雙峰和多峰性起著很重要的作用,而移動(dòng)速度、強(qiáng)度、最大風(fēng)速半徑和風(fēng)場(chǎng)非對(duì)稱(chēng)性對(duì)再現(xiàn)海浪方向譜的雙峰性也有一定的輔助作用。入流角度為40度時(shí)模擬的海浪特征與SLOSH入流角度的模擬結(jié)果最為相似,因此在沒(méi)有入流角度計(jì)算結(jié)果時(shí),可以用40度代替。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類(lèi)號(hào)】：P731.22
【圖文】：

系數(shù)分別為原模式值、風(fēng)速大于 25m/s 后趨于常數(shù)、風(fēng)速大于 25m/s 后三種情況（圖 1），分別記為實(shí)驗(yàn) WW3、WW3_D、WW3_P，并比較模實(shí)驗(yàn)中選取三級(jí)理想熱帶氣旋（根據(jù) Saffir-Simpson 分級(jí)方法）的風(fēng)場(chǎng)的輸入風(fēng)場(chǎng)，其包括 Willoughby 理想風(fēng)剖面，移動(dòng)速度和 SLOSH 入流部分。其中，Willoughby 理想風(fēng)剖面是通過(guò)一個(gè)熱帶氣旋風(fēng)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)參數(shù)算獲得的隨半徑變化的軸對(duì)稱(chēng)切向風(fēng)（Willoughby and Rahn, 200ughby et al., 2005），SLOSH 入流角度是由美國(guó) NOAA 的 SLOSH 技術(shù)報(bào)于大量觀測(cè)數(shù)據(jù)建立的入流角度統(tǒng)計(jì)模型計(jì)算獲得（Jelesnianski et 。風(fēng)場(chǎng)的最大風(fēng)速半徑為 50 km，最大風(fēng)速為 56 m/s，熱帶氣旋以 5 m/s 東西方向?yàn)?3500 km 和南北方向?yàn)?2000 km 的 5000 m 等深海域上自東線勻速運(yùn)動(dòng)（圖 2）。

圖 2 WW3 海浪模式模擬區(qū)域以及理想熱帶氣旋風(fēng)場(chǎng)分布圖。矢量代表風(fēng)的大�。╩/s）和方向，空心長(zhǎng)箭頭代表熱帶氣旋移動(dòng)方向，等值線代表等風(fēng)速線，單位為 m/s。風(fēng)場(chǎng)的最大風(fēng)速為 56m/s，最大風(fēng)速半徑為 50 km，入流角度為 SLOSH。WW3 模式的模擬區(qū)域與風(fēng)場(chǎng)的模擬范圍相同，空間分辨率為 9 km×9 km，譜分辨率為 48 個(gè)方向（7.5°），25 個(gè)頻率（從 0.0418 到 0.41），風(fēng)能輸入時(shí)間間隔為 600s，海浪要素平均參數(shù)輸出時(shí)間步長(zhǎng)為 3600s。模式共運(yùn)行 72 個(gè)小時(shí)，由于模式積分所利用的理想風(fēng)場(chǎng)，熱帶氣旋中心以恒定速度自東向西移動(dòng)，而其風(fēng)速大小相對(duì)于氣旋中心是恒定的，則模式計(jì)算區(qū)域內(nèi)海浪平均要素隨時(shí)間發(fā)展將會(huì)逐漸趨于穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)中有效波高在 24 個(gè)小時(shí)后可以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，在下面的討論中我們只對(duì)第 72 小時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。由于一個(gè)熱帶氣旋會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的并且空間上快速變化的海浪譜，我們模擬了第 72 個(gè)小時(shí)所有網(wǎng)格點(diǎn)上的海浪譜。在分析海浪方向譜時(shí)，我們分別選取了四個(gè)象限內(nèi)距氣旋中心 100 km 半徑上的八個(gè)點(diǎn)為代表進(jìn)行對(duì)比研究。

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本文編號(hào)：2733687