發(fā)布時間：2020-10-28 16:27

　　 南海島嶼眾多,珊瑚島礁便是其代表地形之一。珊瑚島礁周圍往往有長達(dá)百米的珊瑚礁坪,在礁坪上水深極淺,但礁坪之外水深會急劇下降至百米或上千米。當(dāng)波浪從遠(yuǎn)海傳至島礁處時,巨大的水深落差會造成波浪的破碎與反射,此時波浪呈現(xiàn)很強(qiáng)的非線性。此外南海臺風(fēng)頻繁,復(fù)雜的島礁地形和氣候環(huán)境造就了南海近島礁復(fù)雜的波浪環(huán)境。為了給近島礁工程提供合理的波浪參數(shù),對島礁地形下波浪環(huán)境的準(zhǔn)確預(yù)報變得極為重要。WAVEWATCH-III模型(下文簡稱WW3)以其計算精度高、穩(wěn)定性好等特點,被眾多學(xué)者應(yīng)用于大范圍海域波浪場的模擬計算。但對于近島礁等復(fù)雜地形下的波浪場,在考慮計算效益時,其網(wǎng)格尺寸相比島礁尺寸較大,計算仍有一定的誤差。因此為了更好地計算島嶼、復(fù)雜海岸線附近的波浪場,WW3模型引進(jìn)了雙重網(wǎng)格嵌套方法,對島礁附近的網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化,提升計算精度。為此,本文基于WW3模型的雙重網(wǎng)格嵌套方法對南海波浪場進(jìn)行計算。首先,以WRF模式構(gòu)造的臺風(fēng)場作為輸入場,應(yīng)用WW3雙重網(wǎng)格嵌套對1415號臺風(fēng)“海鷗”、1508號臺風(fēng)“鯨魚”、1621號臺風(fēng)“莎莉嘉”產(chǎn)生的臺風(fēng)浪進(jìn)行計算。結(jié)果與實測數(shù)據(jù)對比表明,WW3模擬的臺風(fēng)浪波高、波向與實測數(shù)據(jù)有較高的相關(guān)性。同時,本文應(yīng)用譜能量分離方法對“海鷗”過境時的風(fēng)浪場和涌浪場進(jìn)行計算,并分析了測點處雙峰譜的形成原因。隨后,應(yīng)用WW3雙重網(wǎng)格嵌套計算了2014年至2018年南海海域的風(fēng)生浪,結(jié)果與實測數(shù)據(jù)對比表明,兩者相關(guān)性好,驗證了WW3對南海長時間序列波浪場計算的準(zhǔn)確性。然后,應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)方法對計算結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析,發(fā)現(xiàn)三處測點處年平均波高在0.5m~1m之間,周期以1s~3s為主,常浪向介于ENE至NNE之間。最后,研究了南海海域年平均波高的季節(jié)分布特性,發(fā)現(xiàn)其平均波高分布與季節(jié)性季風(fēng)氣候有較大關(guān)系,受冬季東北季風(fēng)影響下的南海平均波高為全年最大值,春季的南海平均波高為全年的最小值。在關(guān)注的西沙海域,年平均波高在0.5m~1m,受季節(jié)變化影響小。本文對南海島礁環(huán)境下波浪場的計算結(jié)果可為后續(xù)的工程建設(shè)提供參考。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：P731.22
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 本課題研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 波浪數(shù)值模型的研究進(jìn)展
        1.2.2 WAVEWATCH-III數(shù)值模型的研究進(jìn)展
    1.3 本文研究內(nèi)容
2 WAVEWATCH III海浪模式介紹
    2.1 基本控制方程
    2.2 源項
in'>        2.2.1 線性輸入項Sin

        2.2.2 非線性波-波相互作用項S_nl

        2.2.3 風(fēng)能輸入項與耗散項 S_in+S_ds

        2.2.4 波-底相互作用項S_bot

        2.2.5 波浪破碎項S_db

    2.3 數(shù)值方法
        2.3.1 譜離散
        2.3.2 物理空間中的傳播
        2.3.3 內(nèi)部譜空間的傳播
        2.3.4 源項求解
    2.4 本章小結(jié)
3 南海臺風(fēng)浪的后報計算
    3.1 南海海底地形與實測站點簡介
        3.1.1 南海海底地形簡介
        3.1.2 實測站點簡介
    3.2 臺風(fēng)“海鷗”（Kalmaegi）數(shù)值后報計算
        3.2.1 臺風(fēng)“海鷗”簡介
        3.2.2 計算模型設(shè)置
        3.2.3 臺風(fēng)浪計算結(jié)果
    3.3 臺風(fēng)“鯨魚”（Kujira）數(shù)值后報計算
        3.3.1 臺風(fēng)“鯨魚”簡介
        3.3.2 計算模型設(shè)置
        3.3.3 臺風(fēng)浪計算結(jié)果
    3.4 臺風(fēng)“莎莉嘉”（Sarika）數(shù)值后報計算
        3.4.1 臺風(fēng)“莎莉嘉”簡介
        3.4.2 計算模型設(shè)置
        3.4.3 臺風(fēng)浪計算結(jié)果
    3.5 臺風(fēng)浪雙峰譜分析
        3.5.1 譜能量分離方法
        3.5.2 結(jié)果分析
    3.6 本章小結(jié)
4 近5年南海波浪場后報計算
    4.1 計算參數(shù)設(shè)置
    4.2 計算結(jié)果驗證
        4.2.1 實測數(shù)據(jù)介紹
        4.2.2 風(fēng)速驗證
        4.2.3 有義波高驗證
        4.2.4 平均周期驗證
        4.2.5 波向驗證
    4.3 南海海浪模擬結(jié)果統(tǒng)計分析
        4.3.1 波高分布
        4.3.2 波向分布
        4.3.3 波高周期聯(lián)合分布
        4.3.4 南海波高季節(jié)分布特性
    4.4 本章小結(jié)
5 總結(jié)與展望
    5.1 主要結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
附錄 A不同測點處的波浪周期散布圖數(shù)據(jù)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

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本文編號：2860332

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