陈晓斌;周林;史文丽;李靖;陈璇
【摘 要】永磁电机设计Based on the third generation of wave numerical model WAVEWATCH Ⅲ (v3. 14) , wind wave field, surge field and mixed wave field of typhoon MUIFA(1109) are simulated under the wind field supplied by model WRF, and three concerned stations are selected in the coastal areas of China both for the investigation of the relationship between the variations of wave and surge heights with time and the central position of the typhoon and for the study of the distributions and variations of Two-dimensional wave spectra of ocean waves, wind wave field and surge field under the influence of the typhoon. The results indicate that the new version of WAVEWATCH Ⅲ can well demonstrate the fact that the surge formed by the typhoon arrives ahead of the wind wave in the three concerned regions, i. e. the Fujian-Zhejiang coastal area, the Yangtze River estuary and the coastal area of southern Shandong Peninsula. The composition and variation of the height of the mixed wave vary at different distances away from the typhoon center. In the peripheral zon
e of the typhoon the high values of the surge field are corresponding to the low values of the wind wave field, whereas in the gale area of the typhoon the high values of the wind wave field are corresponding to the low values of the surge field. The typhoon eye area is an area of surge field. The surge is mostly distributed outside the regions where the influence of the wind wave formed by the typhoon is dominant and the direction of the waves radiates outward from the center of the typhoon.%基于第三代海浪数值模式WAVEWATCH Ⅲ(v3.14),在WRF模式提供模式风场驱动下,对1109号台风“梅花”的风浪场、涌浪场和混合浪场进行了数值模拟,并在我国东部沿海选取了3个关注站点,探讨涌浪和风浪波高随时间变化与台风中心位置的关系以及台风影响下海浪二维谱、风浪场和涌浪场分布和变化特征.结果表睨,新版的海浪模式能较好表现福建和浙江沿海、长江口附近、山东半岛南端的3个关注区域的台风涌浪先于风浪到达的事实；距台风中心不同距离,混合浪波高的组成和波高变化不同；台风的外围区涌浪场的高值区对应着风浪场的低值区,台风的大风区风浪场的高值区对应着涌浪场的低值区,台风眼区则为涌浪区.涌浪多分布在台风风浪影响范围之外,波向由台风中心向外辐射. 【期刊名称】《海洋科学进展》
【年(卷),期】2013(031)001
【总页数】9页(P22-30)
【关键词】WAVEWATCH Ⅲ;风浪;涌浪;混合浪
【作 者】示波仪陈晓斌;周林;史文丽;李靖;陈璇
【作者单位】解放军理工大学气象学院,江苏南京211101
【正文语种】中 文
【中图分类】P732
我国是一个海岸线较长的国家，经常遭受不同强度台风的袭击，台风浪是我国的主要海洋灾害之一。据统计，由台风浪造成的经济损失平均每年超过7亿元[1]。因此，进行台风浪的研究很有必要，我国东南沿海一带有谚语“风浪未到，涌先到”，即在台风浪到达之前，由于涌浪的传播速度较快，常在风暴系统到来之前先行到达，先行涌对于预报台风有重要参考价值。在大洋中，涌浪往往具有惊人的破坏力，能使舰船发生中拱、中垂、螺旋桨空
转失速等现象，给舰船造成严重损伤，甚至损毁[2]。涌浪传播到浅水或近岸时，波高增大，波长减小，常形成猛烈的拍岸浪，对岸边建筑物破坏性很大。深入研究台风的风浪、涌浪传播和分布特征，对海上航行、海洋资源开发利用、防止和减少海浪灾害都具有重要的意义。
目前对台风浪的研究主要以数值模拟研究为主，国内外许多学者均做了大量的工作。如利用WAVEWATCH模式对不同海域不同台风个例进行了成功的数值模拟[3-7]。为了对台风浪场进行风浪和涌浪分离，基于前人研究，本研究采用最新版WAVEWATCH Ⅲ(v3.14)海浪模式(以下简称WW3)对2011年在我国东部海域发展并一路北上的1109号台风“梅花”进行数值模拟，通过新版WW3模式的风浪、涌浪分离技术，模拟刻画了“梅花”台风在我国东部海域涌浪和风浪分布特点，以及在浙江沿海、长江口附近、山东半岛南端不同近岸海域台风的先行涌和台风风浪传播的时空和频谱分布关系，为我国东部海域防台减灾，台风预报研究提供帮助。基辛格
1 资料简介
1.1 风场资料
在台风浪的模拟中，风场资料的质量对模拟效果有显著影响。研究指出，经验模型风场对实际台风风场的刻画存在诸多缺陷，而采用模式风场的模拟效果优于模型风场的试验[1]。本研究利用NCEP的fnl资料通过WRF模式2层嵌套技术模拟，获得“梅花”台风在我国东部海域活动期间的海表10 m风场资料，以驱动WW3模式。
1.2 海浪资料的检验对比
随着海洋遥感技术的发展，卫星资料反演的海浪有效波高(SWH)已基本接近浮标观测值(误差<10%)[8]。本研究利用2001年美国和法国联合研制和发射的Jason-1海洋观测卫星资料，在台风“梅花”活动期间内将Jason-1卫星轨道上测量并经过订正的有效波高数据用于检验WW3模式模拟的台风海浪场。这种对比方法已被广泛运用，证明是可行的[9-11]。
2 模式简介、设置及有效波高检验
2.1 模式简介
WAVEWATCH Ⅲ(v3.14)在以往版本的基础上对源项S进行了新的定义，考虑了更多的物理过程，增加了新的参数化方案[12]。在以往版本中，源函数项包括风能量输入项Sin、波波
非线性相互作用项Snl、耗散(白冠)项Sds，在浅水区考虑了底摩擦项Sbot，而在WAVEWATCH Ⅲ(v3.14)中新加入了线性输入项Sln，在极浅水域，还考虑了水深诱导的破碎项Sdb和三波相互作用项Str，同时还包含受底地形影响的散射项Ssc以及用户自定义的源项Sxx，这样S就可以表示为：
S=Sln+Sin+Snl+Sds+Sbot+Sdb+Str+Ssc+Sxx
(1)
此外，WAVEWATCH Ⅲ(v3.14)采用波浪谱能量分离WaveSEP(Wave Spectrum Energy Partioning)方法实现了风浪和涌浪的分离，可在模式的输出中直接获取关于风浪和涌浪的物理量，如有效波高、周期、方向等。波浪谱能量分离方法(WaveSEP)通过引入风浪分数W(wind sea fraction)来实现风浪(wind sea)和涌浪(swell)的分离计算(公式(2))[12-13]：
W=E-1E|Up>C
(2)
UP=CmultU10cos(θ-θW)
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(3)
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式中，W表示风浪分数，即局地波动相速C(C=σ/K)小于的那部分波动能量E|Up>C占波浪谱总能量E的比例；Up是波动传播方向上的风速分量与波龄因子Cmult的乘积；U10表示海面10 m风速，根据风浪分数W值的不同，可将波浪分为纯风浪(W=1)、纯涌浪(W=0)或混合浪(0<W<1)，而涌浪又可以根据频率和方向的不同按其在涌浪能量中所占比例的大小进一步划分为Swell 1(基础涌浪)、Swell 2(二级涌浪)等。波浪谱能量分离方法的一般实现步骤为：谱峰分隔、风浪谱峰的确认和合并、相关涌浪谱峰的合并、能量阈值的核验、各分离部分物理量的计算[14]。
2.2 模拟设置
选取模式计算范围为5°～50°N，115°～150°E，空间分辨率取0.25°×0.25°，计算时间步长取900 s，每小时输出一次结果，模拟计算时间为2011-08-03T00:00(世界时)—08-09T18:00(世界时)。海浪谱网格为24×25，波向共24个，分辨率为15°，频率分为25个频段，0.041 8～0.405 6Hz。
2.3 有效波高检验
将2011-08-03—08-09 WW3模式模拟的SWH插值到模拟海域对应的Jason-1卫星轨道上，分析对比模拟SWH的可信度。为了综合和直观地比较卫星高度计观测的SWH与模拟的SWH之间的差异，本研究计算了它们之间的相关系数(R)、平均偏差(ME)、均方根误差(RMSE)以及散点分布图(图1)。
图1 台风“梅花”期间高度计反演的SWH与模式模拟SWH结果的散点图Fig.1 A scatter plot of the significant wave heights (SWH) inverted from T/P altimeter data and simulated by model during typhoon MUIFA
图1反映的是在模拟区域、模拟时间段上25条卫星轨道上的2 114个点上的SWH与模拟的SWH的散点对比分布。可以看出，模拟的SWH与卫星反演的SWH具有较好的一致性，存在0.04 m的正偏差，说明模拟的SWH总体上稍大于卫星高度计反演的SWH，均方根误差为0.34 m，相关系数为0.91，通过了99%(α0.01=0.254)的可信度检验，故总体而言，本文WW3模式模拟的海浪SWH是可信的。
3 台风“梅花”特征分析
3.1 台风“梅花”简介
scc图2 台风“梅花”路径Fig.2 The track of typhoon MUIFA
1109号热带风暴“梅花”于07-28T14:00在西北太平洋洋面上生成。随后两度升级为超强台风，并于08-06T15：00减弱为台风。08-06T11：00,“梅花”中心位于浙江省舟山市东南方大约425 km的东海海面上，中心附近最大风力14级。08-08，“梅花”海浪冲毁在建防波堤，海水倒灌威胁大连PX项目，当天18：30前后热带风暴“梅花”中心在朝鲜西海岸北部沿海登陆。08-09T02：00在辽宁省铁岭市减弱为热带低压，对我国影响逐渐减小。“梅花”台风的实际路径、模拟路径以及本研究设置的A、B、C三个关注站点的位置见图2。
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