姬厚德;蓝尹余;赵东波
士运论
【摘 要】连枷胸
The development of wave model and characteristics of several third-generation energy spectrum wave models were briefly introduced. In order to study the characteristic of typhoon waves in Taiwan Strait, taking 0903 Typhoon Linfa for example, typhoon waves were simulated by SWAN model which considered bottom friction, wind-wave interaction, white capping dissipation,nonlinear wave-wave interaction and wave breaking. Compared with the measured data, the result of simulation has a good correlation, which proves the numerical simulation of typhoon waves in this area by SWAN is credible.% 简要介绍了波浪模式的发展及应用较为广泛的几种第三代能量谱海浪模式的特点。为了研究台湾海峡台风浪场的分布特征，以0903号“莲花”台风为例，选取第三代能量谱海浪模式SWAN，充分考虑底摩擦、风、白浪破碎、波波非线性相互作用、波浪浅化效应等物理过程，模拟了该海域的台风浪场的分布特征。将模拟结果与实测波浪、风资料对比分析，结果表明风速、有效波高计算值与实际值符合性较好， SWAN模式在海域的适应性良好。父亲与我
【期刊名称】《水道港口》
【年(卷),期】2013(000)002我最美丽的时候
【总页数】5页(P113-117)
【关键词】风浪;波浪模式;SWAN;台湾海峡
【作 者】姬厚德;蓝尹余;赵东波
【作者单位】福建海洋研究所，厦门361013;福建海洋研究所，厦门361013;福建海洋研究所，厦门361013
【正文语种】中 文
【中图分类】TV139.2;O242.1
海洋是一座巨大的蓝资源宝库，但海洋灾害也常常给人们带来很大灾难，给社会经济造成巨大损失，因此海洋灾害的机制研究、预警越来越受到人类的重视。统计资料表明，海
上自然灾害的90%来自海浪，其中灾害性台风浪的破坏力尤其巨大［1］，因此，海浪的预警、预报成为人们研究的重点和热点，尤其是破坏力巨大的台风浪。在研究中采用高精度的海浪数值预报模式可有效的提高预报、预警能力，在海浪机制研究、灾害预警等方面具有重要的意义。
中国是受台风浪影响较为严重的国家之一，每年都有6 m以上的灾害性海浪发生，平均约为28次/a，其中台风浪占41%左右，每年的台风浪对我国海岸工程、海上交通、海洋渔业等造成超过7亿元的经济损失［2］。台湾海峡处于中国东、南沿海大陆架上，海底冲刷剧烈，侵蚀形态多样，多为隆起、沟槽等，凹凸不平，地形起伏剧烈，并受地形狭管效应的影响，极易出现5 m以上的巨浪，是我国海域中受热带风暴和台风影响频繁、风浪较大、风暴潮灾害极为严重的海区之一［3］。
等离子体所
目前波浪的研究方法一般有理论研究、现场观测、实验室模拟和数值模拟。在波浪的实际研究中，一般采用后3种方法，但受到现场观测耗资大、难以全覆盖和实验室模拟尺度较小、要素简化多等因素的限制，存在着一定局限性，特别是在海浪灾害的研究中缺点更为突出。数值模拟依托快速发展的计算机技术、计算方法越来越得到广泛的应用，已成为研究台风浪的主要研究手段之一。
本文利用第三代波浪模式SWAN模拟了0903号“莲花”台风期间台湾海峡台风浪场的分布特征，在分析台风浪作用过程中考虑底摩擦、风、白浪破碎、波波非线性相互作用、波浪浅化效应等物理机制过程。
1 近岸波浪模式简介
近岸波浪模式大致可以分为三种类型：基于Boussinesq型方程［4］的计算模式，基于缓坡方程的计算模式和基于能量平衡方程的模式。第一类直接描述海浪波动过程中水质点的运动，由于所做的假设和近似较少，因此在考虑非线性作用、摩擦耗散、底边界和边界条件等方面较理想，但受波浪运动尺度、计算量、波浪运动随机性等限制，应用局限性较大；第二类的海浪模式，基于Berkhoff［5］于1972年提出的二维线性缓坡方程，由于该方程假定在缓坡条件下，因此在地形变化剧烈、小尺度海域计算时受到限制；第三类海浪模式基于能量守恒的波浪谱原理［6-7］，在模式中考虑了地形变化、流场变化和障碍物等对波浪的影响，同时考虑了风能摄入、白浪破碎耗散、波浪浅化效应、底摩擦耗散、波波间的非线性相互作用等物理过程，此类模式适用于中、大尺度海域计算，是目前应用较为广泛的能量谱海浪模式。
基于能量守恒的波浪谱模式已经历了三代的发展，分别是以大气输入项和白浪耗散项为输入项的第一代海浪模式、考虑了组成波非线性作用的第二代海浪模式和对谱不作任何限制且只用积分基本谱传输方程来计算的第三代海浪模式。目前应用较为广泛的第三代海浪模式有WAM模式、WAVEWATCH模式和SWAN模式等，其中WAM模式、WAVEWATCH模式主要用于全球大尺度海浪计算，SWAN模式适用于海岸、湖泊和河口地区及中尺度的计算。SWAN能够准确合理的模拟潮流、地形、风场环境下的波浪场，该模式适用于风浪、涌浪、混和浪的预报，因此在本文中采用该模式进行台风浪场的数值模拟。
2 SWAN模式简介
信息监控系统SWAN(Simulating Waves Nearshore)是第三代能量谱海浪数值模式，以波作用平衡方程为基础，设计主要用于计算浅水与近岸的海浪，在海岸区、河口区应用较为广泛，计算时可包含波浪风能输入、波浪浅化、折射、底摩擦、白浪破碎、三相波及四相波非线性波波相互效应等物理过程，该模式由荷兰Delft大学开发［8］。模式方程离散采用全隐式有限差分格式，无条件稳定，容易收敛，但由于模式不包含绕射，因此在绕射效应显著的港湾波浪模拟时存在一定的局限性［9］。本文的目的是为了研究台风浪期间台湾海峡的波浪场分
布特征，检验SWAN模式在台湾海峡的适应性，而在台风期间以风浪占据绝对“统治地位”，且计算区域较大，因此选取SWAN模式是适宜的。
在SWAN海浪模式中，用二维波作用量N（σ，θ）来描述随机波浪场［10］，该模式采用波作用平衡方程，在笛卡儿坐标系下表达式如下
式中：N（σ，θ）=E（σ，θ）/σ；E（σ，θ）为能谱密度；σ 为相对频率；θ为波向；Cx、Cy、Cσ和 Cθ分别代表 x，y，σ 和 θ空间上的波浪传播速度；S为源汇项。
左边第一项是波作用量在时间上的变化；第二项和第三项是波作用量在空间上的传播；第四项是水深和流导致的相对频率的频移；第五项是水深和流产生的波浪折射；等式右边的源汇项S包括风摄入波动能量、白浪破碎耗散、波浪浅化效应、底摩擦耗散、波波非线性相互作用等物理过程［11-12］。
3 台风浪场模拟分析
3.1 “莲花”台风简介
2009年第3号热带风暴“莲花”于2009年6月18日在南海北部，东经116.6°，北纬17.9°附近形成，形成时台风中心最大风力18 m/s，19日之后向NNE方向缓慢移动，并逐渐增强，于20日11时左右加强为“强热带风暴”，后又逐渐减弱为“热带风暴”，于21日20时30分左右于福建晋江市东石镇登陆，登陆时近中心最大风速23 m/s；22日中午“莲花”中心从福建省连江县沿岸入海进入东海西部海域，当日下午减弱成为热带低压，在东海西部海域消失。“莲花”台风期间福建省共有15个县的20.75万人受灾，32.06千公顷农作物受灾，直接经济损失3.36亿元。
3.2 台湾海峡简介
台湾海峡处于亚热带海洋性气候区，大致呈西南—东北走向，海峡内地形起伏剧烈，水深梯度较大，每年的10月至翌年3月以东北风为强风向，4～8月盛行偏南风，具有明显的季风特点。海峡内海浪受季风影响显著，冬季盛行东北向浪，夏季盛行西南向浪；冬季的东北向浪较夏季的西南向浪强度强、持续时间长。台湾海峡内地形辖管效应显著，大风、大浪频率终年较高，特别是在受热带气旋影响较多的夏季，据统计年平均约有3.7个热带气旋影响或侵袭台湾海峡。台湾海峡西岸的福建省是中国受台风影响较多的省份之一，1900～
2008年在福建登陆的台风，共有182个台风，年平均1.69个，登陆福建台风最多的年份为1914年，有6个。
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