基于不同臺(tái)風(fēng)場(chǎng)模型的南海風(fēng)、浪的數(shù)值模擬研究.pdf

1、臺(tái)風(fēng)是一種極具破壞性的災(zāi)害性海洋天氣系統(tǒng)，臺(tái)風(fēng)過程中的大風(fēng)、巨浪給海上航運(yùn)交通、海產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、海洋工程和近岸建筑帶來巨大威脅，使沿海地區(qū)遭受較大的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也影響地區(qū)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，有效模擬、預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)和臺(tái)風(fēng)浪對(duì)評(píng)估沿海地區(qū)可能遭受臺(tái)風(fēng)、臺(tái)風(fēng)浪災(zāi)害的影響范圍和程度，對(duì)合理經(jīng)濟(jì)規(guī)劃、有效防災(zāi)減災(zāi)以及工程結(jié)構(gòu)的防災(zāi)設(shè)計(jì)具有重要意義。
　　臺(tái)風(fēng)場(chǎng)模型的可靠性是目前影響臺(tái)風(fēng)、臺(tái)風(fēng)浪數(shù)值預(yù)報(bào)與數(shù)值后報(bào)精度的重要因素之一。本文選用四種

2、梯度風(fēng)場(chǎng)模型，對(duì)影響風(fēng)場(chǎng)模型的參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析并將模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)風(fēng)速對(duì)比，驗(yàn)證梯度風(fēng)場(chǎng)模型對(duì)南海臺(tái)風(fēng)模擬的有效性。與測(cè)點(diǎn)風(fēng)速的對(duì)比表明，Holland梯度風(fēng)場(chǎng)模型，由于考慮了適應(yīng)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化的結(jié)構(gòu)參數(shù)b，模擬精度最高。
　　為進(jìn)一步驗(yàn)證臺(tái)風(fēng)場(chǎng)模擬的有效性，用所得風(fēng)場(chǎng)驅(qū)動(dòng)第三代海浪模式SWAN。將模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)SWAN模式選擇合適的控制參數(shù)可適應(yīng)復(fù)雜的南海環(huán)境；并得出以 Holland風(fēng)場(chǎng)作為驅(qū)動(dòng)風(fēng)場(chǎng)，模擬值

3、與實(shí)測(cè)值擬合較好的結(jié)論。進(jìn)一步驗(yàn)證了Holland風(fēng)場(chǎng)模型在南海臺(tái)風(fēng)、臺(tái)風(fēng)浪數(shù)值模擬中具有較好的適用性。
　　梯度風(fēng)模型對(duì)臺(tái)風(fēng)場(chǎng)做了一定的近似，且未考慮臺(tái)風(fēng)場(chǎng)的非對(duì)稱性、邊界層摩擦效應(yīng)等可能引起的模擬誤差。因此，本文提出了邊界層臺(tái)風(fēng)場(chǎng)動(dòng)力分析的有限元模型。該模型屬于定常動(dòng)力學(xué)模型，基于歐拉坐標(biāo)，考慮了邊界層臺(tái)風(fēng)場(chǎng)的科氏力、摩擦力效應(yīng)。計(jì)算域以移動(dòng)的臺(tái)風(fēng)中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立隨臺(tái)風(fēng)移動(dòng)的動(dòng)直角坐標(biāo)系，用伽遼金法離散邊界層臺(tái)風(fēng)場(chǎng)動(dòng)力方程