福建沿岸海浪漫堤预警研究

摘要

本文利用第三代海浪模式SWAN基于非结构三角形网格和矩形网格分别对1319号“天兔”、1323号“菲特”两场台风影响下的福建沿岸有效波高进行了数值模拟。其中，福建中部A海堤的三角形网格模拟的平均绝对误差分别为0.15m、0.16m，而矩形网格的平均绝对误差分别为0.23m、0.22m;三角形网格模拟的均方根误差分别为0.19m、0.20m，而矩形网格的均方根误差分别为0.26m、0.28m，说明两种网格的模拟值与实测值较吻合。然而三角形网格的模拟效果更好一些。这说明，本文建立的基于精细化三角形网格的福建沿岸海浪数值模型可作为预报模型用于业务预报。
　　有了海浪数值预报模型，本文进而建立了福建中部A海堤海浪漫堤预警方案。实施海堤海浪漫堤预警时，预报员所要做的就是对波浪爬高所及高程H高程进行实时预报。波浪爬高所及高程H高程为天文潮-风暴潮耦合水位H耦合水位和1％大波爬高R1％之和。其中，耦合水位由厦门大学海洋与地球学院海洋遥感与数值模拟实验室建立的模型预报;1％大波爬高R1％由波浪爬高计算公式预报。
　　在进行波浪爬高预报时，必须先预报1％大波波高H1％和大波波高对应的波长L1％。SWAN模型只预报有效波高Hs和其所对应波长Ls，而不能预报H1％和L1％。根据海浪的经验统计关系式H1％=1.61* Hs，人们可由Hs计算出H1％。然而L1％的预报值仍然无法获得。为了能够预报L1％，本文利用SWAN模型进行波长和波高的相关性数值实验，得到了相关系数高达0.94的波长与波高的相关关系式，从而解决了无法预报L1％的难题。
　　建立了A海堤海浪漫堤预报方案之后，本文将其用于对“天兔”台风期间A海堤的海浪爬高所及高程进行了后报检验。由后报检验结果可见，“天兔”台风期间A海堤的波浪爬高所及高程后报值与实测值之间的平均绝对误差为0.24m，二者较为符合，而且后报的9月22日15时和16时出现的波浪爬高所及高程大于6m(A海堤的堤顶高程为6m)，这与台风期间A海堤漫堤的事实相一致。
　　福建中部A海堤海浪漫堤预警的后报结果表明该海堤海浪漫堤预警方案是可行的。此方案可供福建沿岸其他海堤建立海浪漫堤预警方案时参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和选题依据

1．2 海浪模拟的国内外研究综述

1．2．1 国外海浪模型研究综述

1．2．2 国内的波浪模式研究综述

1．2．3 福建沿岸及台湾海峡海浪模拟的研究

1．3 波浪爬高研究简介

1．4 海浪漫堤预警研究简介

1．5 本文的研究内容和技术路线

第二章 福建沿岸海浪数值预报模型

2．1 SWAN模型

2．1．1 SWAN模型控制方程

2．1．2 物理过程

2．1．3 数值实现

2．1．4 源项处理

2．2 两种网格下SWAN模型模拟的台湾海峡有效波高的比较

2．2．1 台湾海峡地理概况

2．2．2 计算网格

2．2．3 2013年两场台风期间有效波高的模拟

2．3 本章小结

第三章 福建沿岸波浪爬高的预报方案

3．1 波浪爬高公式

3．2 波长与波高的相关性数值实验

第四章 福建沿岸A海堤海浪漫堤预警方案

4．1 A海堤海浪漫堤预警方案

4．2 “天兔”台风期间A海堤天文潮-风暴潮耦合水位H耦合水位的后报

4．3 “天兔”台风期间A海堤波浪爬高R1％的后报

4．4 “天兔”台风期间A海堤波浪爬高所及高程H高程的后报

4．5 本章小结

第五章 总结

5．1 研究结论

5．2 本预警方案的独到之处

5．3 展望

参考文献

致谢