海洋要素计算与预报(海浪7).ppt

,第三章 海浪计算方法,1 风浪成长的经验公式,0.275,0.378,0.414,3.07,1998,Babanin et al.,0.30,0.305,0.436,2.04,1990,Evans et al.,0.24,0.535,0.396,3.74,1989,Dobson et al.,0.23,0.493,0.38,3.67,1985,Donelan et al.,1/3,0.286,1/2,2.40,1981,Kahma,0.28,0.36,0.412,2.64,1980,Davidan,0.33,0.26,1/2,1.60,1973,Hasselmann et al.,0.33,0.32,0.504,2.15,1971,Mitsuyasu et al.,Year,Authors,1 风浪成长的经验公式,3/2指数律 (Toba, 1972),其中,(Data from published literature),(Kawai et al., 1977),(Johnson et al., JPO, 1998),2 海浪数值计算,海浪谱传输方程:,- 二维海浪谱,- 群速度,- 波向空间的群速度,有限深水的弥散关系为：,其中,2 海浪数值计算,源函数:,风能输入,白冠耗散,底摩擦,深度诱导破碎,四波相互作用,三波相互作用,海浪在瞬变的流场和具有变化水位的海域传播:,2 海浪数值计算,其中,- 辐射应力张量,存在流场时的弥散关系为：,2 海浪数值计算,波作用量谱传输方程 :,- 波作用量,- 频率空间的群速度,通过辐射应力考虑波浪作用的近岸流场和水位的动力学方程：,2 海浪数值计算,辐射应力项的表达式：,其中,风能输入源函数,（ Snyder, 1981）,风能对海浪能量输入的全球分布,mW m-2,(Wang & Huang, JPO, 2004),全球海洋能量平衡示意图,Unit: 1012 Watt (TW),白冠耗散源函数,Komen et al（1984）提出白冠耗散模型：,其中,四波相互作用源函数,发生非线性波-波相互作用的条件:,- 耦合强度系数,- Boltzmann积分,四波相互作用在形成海浪谱形中的作用,(Hasselman et al., 1973),Hasselmann等（1996）发展了一个近似算法（DIA），,四波相互作用源函数DIA算法,对于有限水深情形有经验公式：,其中,深水情形不能发生三波相互作用,如果可以发生则应满足:,弥散关系的形式决定3波共振非线性波-波相互作用不能发生 。,深水风浪源函数的能量平衡,(Komen et al., 1994),底摩擦耗散源函数,JONSWAP计划确定的经验常数（Hasselmann et al，1973）,- Collins（1972）,- Madsen et al. (1988)的涡粘模型,分代的依据是对4波非线性波-波相互作用的处理。 1st gen.:不考虑Snl的作用或作用不显著 . 2nd gen.: Snl在第二代模式中相对重要，但在计算时需要预先指定谱的形式。 3rd gen.: Snl起重要作用，且对谱形不加限制，直接由谱传输方程数值地求解出谱值。,WAve Model (WAM) (WAMDI Group, JPO, 1988) Simulation WAve Nearshore (SWAN) (Booij et al., JGR, 1999) Website: http:/fluidmechanics.tudelft.nl/swan/ WAVEWATCH (Tolman, JPO, 1991) Website: /waves/wavewatch/,海浪数值模式的分代及典型的第三代海浪模式,方向分辨率通常为 或 ，即24或12个方位角。,第三代海浪模式的参数设置,频段的确定:,初始条件的确定:,（1）由风场根据适当的海浪频谱和方向分布函数确定初始谱密度。 （2）设初始值为零，由风场驱动海浪模式若干时间后形成的浪场作为初始场。 （3）由海浪观测资料根据同化方法确定初始场。,边界条件的设置:,大多数第三代海浪模式均假定计算区域外的空间格点