浅水波浪的数值模拟和高频地波雷达资料同化

摘要

目前国际上非常流行的SWAN海浪模式，是近年来发展起来的第三代浅水海浪模式，除具有第三代海浪模式的优点之外，该模式还考虑了三波非线性相互作用和深度破碎等浅水效应，可成功地模拟近岸海浪的生成和发展，得到越来越广泛的应用。 本文首先介绍了SWAN模式及其特点，并利用浅水实测资料作了进一步验证和比较。在此基础上，利用SWAN模式模拟了波浪爬坡情形，与传统的浅水波浪理论关系进行了比较，当不考虑能量耗散和三波非线性相互作用时，数值模拟结果与理论关系符合得很好，与坡度大小无关。在考虑三波相互作用时，模拟结果与理论关系式变化趋势一致，当水深较深时，两者完全一致，随着水深变浅，在同样水深条件下，坡度越小，波高增大越快，同时波长和周期减小越快。考虑深度破碎时，波高则随水深变浅而迅速减小，而对周期和波长的影响比较小。 为提高模式数值模拟的精度，数据同化技术受到越来越多的重视，本文利用最优插值法对模拟波高进行了同化。由优化的波高得到新的海浪谱可采用不改变谱形结构和利用JONSWAP谱构造新的海浪谱两种方法，研究表明，后者给出的结果更为合理。本文分别利用高度计资料和地波雷达资料对模拟波高进行了优化，同化后模拟结果与观测值的均方差分别由0.11m和0.16m降低为0.06m和0.11m，大大提高了模式的精度。

目录

文摘

英文文摘

第1章引言

1.1.研究背景

1.1.1.海域概况

1.1.2.近岸波浪研究现状

1.1.3.海浪数值模拟研究的发展及现状

1.1.4.数据同化技术的发展和现状

1.2.本文的工作

第2章近岸波浪特性的数值模式研究

2.1.SWAN模式

2.1.1.模式介绍

2.1.2.基本方程

2.2.斜坡上波浪的模拟

2.2.1.浅水海浪理论关系

2.2.2.2.SWAN模式结果与实测资料比较

2.2.3.SWAN模式的斜坡模拟

2.3.小结

附图

第3章应用地波雷达资料同化海浪波高

3.1.同化技术在海浪研究中的应用

3.2.最优插值方法

3.3.海浪谱的构造

3.4.卫星高度计资料同化

3.5.利用高频地波雷达观测海浪

3.6.利用地波雷达资料同化浪场

3.6.1.方案设计

3.6.2.模拟结果和分析

3.7.小结

第4章结语

参考文献

致谢