非结构有限体积模型在渤海及长江口杭州湾海区风暴潮数值模拟中的应用研究

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中国拥有漫长的海岸线,每年的夏秋季节一般都会有台风的侵袭,导致沿海地区的风暴潮,渤海海区及长江口附近海区是我国频繁遭受风暴潮影响的重点地区。利用数值模型可以有效地模拟和预报风暴潮的产生、发展,同时能够利用它研究和揭示风暴潮对特定地区的海岸线侵袭过程及规律,对保护沿岸城市的经济发展和人民的生命财产安全具有理论及现实意义。考虑到台风发生时海表上方会有气压、风场的大气强迫场的急剧作用过程,本文以三维非结构有限体积海洋模式(FVCOM)为基础,加入了参数化的台风气压场和风场分析模型,建立了一个考虑天文潮、径流以及台风等作用的三维非结构有限体积的近海风暴潮模型。利用该模式模拟和分析渤海海域、长江口杭州湾河口等两个典型的海域的风暴潮增(减)水过程,该模式使用对岸线有较好拟合能力的非结构三角网格,能够更好地分辨出近岸复杂的非线性因素相互作用对风暴增(减)水的影响。首先,利用参数化台风分析模型模拟大气强迫中的风速、风向及气压降等要素,并与海域历史上真实的台风过境中各站点观测到的风速和风向的数据对比,同时利用该风暴潮模型模拟了该地区在台风作用下的增(减)水的变化过程,将各站点模拟增(减)水与实测增(减)水的峰值数据相比较,率定该模型中的可调参数,使得各个实测站点上模拟值和实测值总体上吻合较好,分析了这两个海区近岸的水位变化的时间和空间分布规律。其次,利用所建立的模式对该区域台风风暴潮进行了各种工况模拟,就气象因子、台风路径及海岸地形对风暴潮位的敏感性作了试验对比及结果分析,讨论了海洋的物理要素对台风、岸线地形等重要参数的响应情况,得出了不同海域在不同台风特征参数、岸线地形等作用下海洋水动力物理要素之间的响应规律。
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