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(zhǎng)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(huì)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(shí),巨大的水深落差會(huì)造成波浪的破碎與反射,此時(shí)波浪呈現(xiàn)很強(qiáng)的非線性。此外南海臺(tái)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(duì)島礁地形下波浪環(huán)境的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)變得極為重要。WAVEWATCH-III模型(下文簡(jiǎn)稱WW3)以其計(jì)算精度高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn),被眾多學(xué)者應(yīng)用于大范圍海域波浪場(chǎng)的模擬計(jì)算。但對(duì)于近島礁等復(fù)雜地形下的波浪場(chǎng),在考慮計(jì)算效益時(shí),其網(wǎng)格尺寸相比島礁尺寸較大,計(jì)算仍有一定的誤差。因此為了更好地計(jì)算島嶼、復(fù)雜海岸線附近的波浪場(chǎng),WW3模型引進(jìn)了雙重網(wǎng)格嵌套方法,對(duì)島礁附近的網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化,提升計(jì)算精度。為此,本文基于WW3模型的雙重網(wǎng)格嵌套方法對(duì)南海波浪場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算。首先,以WRF模式構(gòu)造的臺(tái)風(fēng)場(chǎng)作為輸入場(chǎng),應(yīng)用WW3雙重網(wǎng)格嵌套對(duì)1415號(hào)臺(tái)風(fēng)“海鷗”、1508號(hào)臺(tái)風(fēng)“鯨魚”、1621號(hào)臺(tái)風(fēng)“莎莉嘉”產(chǎn)生的臺(tái)風(fēng)浪進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比表明,WW3模擬的臺(tái)風(fēng)浪波高、波向與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)有較高的相關(guān)性。同時(shí),本文應(yīng)用譜能量分離方法對(duì)“海鷗”過(guò)境時(shí)的風(fēng)浪場(chǎng)和涌浪場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算,并分析了測(cè)點(diǎn)處雙峰譜的形成原因。隨后,應(yīng)用WW3雙重網(wǎng)格嵌套計(jì)算了2014年至2018年南海海域的風(fēng)生浪,結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比表明,兩者相關(guān)性好,驗(yàn)證了WW3對(duì)南海長(zhǎng)時(shí)間序列波浪場(chǎng)計(jì)算的準(zhǔn)確性。然后,應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)三處測(cè)點(diǎn)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(duì)南海島礁環(huán)境下波浪場(chǎng)的計(jì)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(jí)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(guó)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?jī)?nèi)容
2 WAVEWATCH III海浪模式介紹
    2.1 基本控制方程
    2.2 源項(xiàng)
in'>        2.2.1 線性輸入項(xiàng)Sin

        2.2.2 非線性波-波相互作用項(xiàng)S_nl

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

        2.2.4 波-底相互作用項(xiàng)S_bot

        2.2.5 波浪破碎項(xiàng)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(xiàng)求解
    2.4 本章小結(jié)
3 南海臺(tái)風(fēng)浪的后報(bào)計(jì)算
    3.1 南海海底地形與實(shí)測(cè)站點(diǎn)簡(jiǎn)介
        3.1.1 南海海底地形簡(jiǎn)介
        3.1.2 實(shí)測(cè)站點(diǎn)簡(jiǎn)介
    3.2 臺(tái)風(fēng)“海鷗”（Kalmaegi）數(shù)值后報(bào)計(jì)算
        3.2.1 臺(tái)風(fēng)“海鷗”簡(jiǎn)介
        3.2.2 計(jì)算模型設(shè)置
        3.2.3 臺(tái)風(fēng)浪計(jì)算結(jié)果
    3.3 臺(tái)風(fēng)“鯨魚”（Kujira）數(shù)值后報(bào)計(jì)算
        3.3.1 臺(tái)風(fēng)“鯨魚”簡(jiǎn)介
        3.3.2 計(jì)算模型設(shè)置
        3.3.3 臺(tái)風(fēng)浪計(jì)算結(jié)果
    3.4 臺(tái)風(fēng)“莎莉嘉”（Sarika）數(shù)值后報(bào)計(jì)算
        3.4.1 臺(tái)風(fēng)“莎莉嘉”簡(jiǎn)介
        3.4.2 計(jì)算模型設(shè)置
        3.4.3 臺(tái)風(fēng)浪計(jì)算結(jié)果
    3.5 臺(tái)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(chǎng)后報(bào)計(jì)算
    4.1 計(jì)算參數(shù)設(shè)置
    4.2 計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證
        4.2.1 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)介紹
        4.2.2 風(fēng)速驗(yàn)證
        4.2.3 有義波高驗(yàn)證
        4.2.4 平均周期驗(yàn)證
        4.2.5 波向驗(yàn)證
    4.3 南海海浪模擬結(jié)果統(tǒng)計(jì)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(cè)點(diǎn)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(hào)：2860332

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