烟台海区风暴潮过程数值模拟研究

摘要

中国是世界上遭受风暴潮灾难最为频繁严重的国家之一。沿海地区是我国经济发展速度最快,发展水平最高,人口最集中、资产最丰富的地区。我国拥有辽阔的海域和漫长的海岸线,这些都为经济建设和发展提供了良好的条件,但也带来了频繁的海洋灾害。风暴潮与天文潮高潮位叠加使得水位产生明显暴涨、水位增高使耕地淹没、海岸侵蚀、盐田和养殖池冲垮、码头和堤坝等海岸工程毁坏,造成巨大经济损失。在所有的海洋灾害中,台风风暴潮灾害是危害沿海国家地区人民生命财产安全最为严重的海洋灾害之一,因此对风暴潮物理的研究探讨,特别是对风暴潮数值预报方法的研究,对中国经济发展建设具有迫切的现实意义。
　　本文简要分析了风暴潮的特点以及影响,总结了风暴潮模拟研究进展。基于风暴潮控制方程,通过离散和差分,建立了渤黄海大海域天文潮及风暴潮模型。天文潮采用了分潮调和分析,计算了K1分潮,M2分潮的振幅迟角,模拟风暴潮作用下大区的潮流流场,并与实测潮位进行对比,验证结果较好;采用大海区嵌套小海区的方法,并对1105号台风暴潮进行了数值计算研究,分析了其造成的风暴潮增减水及其引起的潮流场的时空分布特征。通过渤黄海大区的风暴潮水位计算小模型的开边界,带入风暴潮数学模型得到了烟台海区了潮流流场和潮位,并与实际观测进行了对比,发现风暴潮模型得出的潮位接近实际观测。根据风暴潮的潮流潮位选取了烟台海区中部远离岸界处(37°35′E,121°35′N附近)为较理想的台风避风锚地。
　　在计算风场的数值模拟中,文章采用了椭圆形台风风场模型,并在模拟2011年6月26日的1105号台风“米雷”的风场时,与圆形台风风场模型进行了对比,并绘制了风场分布图,表面在渤黄海区椭圆台风风场更加接近实际风场。最后,对研究存在的问题及进一步的工作给出了展望。

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§1引言

1.1研究意义

1.2风暴潮分类

1.3研究现状

1.4 本文的研究内容

§2烟台海区介绍

2.1地理环境概况

2.2气象要素概况

2.3水文资料概况

2.4本章小结

§3差分方程与网格

3.1有限差分法

3.2 有限元法（FEM-Finite Element Method）

3.3 有限体积法 （FVM-Finite volume Method）

3.4 有限分析法 （FAM-Finite Analytie Method）

3.5 本文模式的差分方程与网格

3.6本章小结

§4台风模型介绍

4.1台风气压场分布

4.2台风风场分布

4.3本章小结

§5台风风暴潮模型

5.1渤黄海大海区风暴模型

5.2烟台附近小海区模型

5.3本章小结

§6 台风数值模型结果分析与验证

6.1黄海天文潮的模拟

6.2大海区台风风场的模拟

6.3大海区风暴潮的模拟

6.4小海区风暴潮的模拟

6.5 台风期间避风锚地选择

§7结论与不足

7.1结论

7.2展望

参考文献