海浪的数值模拟及其大尺度作用力的分析

1、海浪的数值模拟及其大尺度作用力的分析【摘要】：在两年的博士后研究工作中，针对海浪的数值模拟及其大尺 度作用力进行了系统的学习和研究。主要做了以下三方面的工作：首先，建立起一个近岸海浪场数值预报系统。对国际上广泛采用的两种 能谱海浪模式 WaveWatch和SWAN进行了深入的研究，成功将 WaveWatch移植到Windows操作系统下运行，提高了模式的易用性和 可操作性，同时修正了 SWAN与WaveWatch模式的嵌套接口所存在的 错误，使SWAN在与WaveWatch模式嵌套运行时能够采用不规则边界 的曲线网格或格距更小的规则网格，在这些工作的基础上，采用WaveWatch与SWAN模式

2、嵌套的方法成功地建立起一个近岸海浪场 数值预报系统，并得到成功的应用。其次，在博士生研究成果基础上，对 原有的二维边界元数值波浪水槽模式进行有意义的改进和发展。为模型建立了一个实用的图形用户界面程序 ，该程序够直观设置水槽的各 种实验参数，可以随意调整水槽的长度、深度，人工设置初始自由面甚 至设置不同形状的人工地形等，同时通过该程序还可设置造波机和消 波器的参数，以满足不同实验的要求，从而极大的改善了原有模式的可 操作性，该程序的建立也为模式的推广和应用开辟了道路；同时,针对传统的活塞式消波器只对浅水波具有较好的消波效果，而对深水波和有限水深波的消波效果不理想的问题，为提高活塞式消波器的消波效

3、 果，设计了一个变浅地形主动消波器，其原理是在水槽末端人为设置变 浅地形，利用变浅作用使传入波全部过渡为浅水波，然后使用活塞式消波器,将所有浅水波动吸收掉。该消波器对深水波和有限水深波具有 明显的吸收作用，同时将该方法与阻尼消波相结合不仅能够有效处理 宽频谱随机波动，而且可以有效缩短所需消波区的长度。最后，作为对 博士期间工作的总结，对海浪在大尺度条件下产生的波生横向彻体切 应力的性质进行了分析。对深水情况下彻体切应力随风浪要素的变化 的分析表明,风速会影响彻体切应力的表面强度，但不改变它的影响深 度，而风区则改变彻体切应力的影响深度，但不改变它的表面强度。为 定量的检验该作用力对海洋环流的驱

4、动作用，将其与定常Ekman漂流 的风生团粘性力进行了比较，得到了彻体切应力与风生湍粘性力无论 在表面强度还是影响深度上都具有相同量级的重要结论。最终建议在具体研究中有必要作为外部条件将风场与浪场独立考虑。【关键词】：【学位授予单位】：华东师范大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2005【分类号】：P731.22【目录】：海浪的数值模拟及其大尺度作用力的分析 1-25引言4-71. 近岸海浪场数值预报模式的建立 7-151.1将Wavewatch模式移植到 Windows系统下运行7-81.2修正SWAN与 WaveWatch嵌套接口存在 的BUG81.3预报系统中台风风场资料的获取与合成

5、 8-101.4长江口近岸海浪场的数值模拟10-141.5小结14-152.边界元数值波浪水槽模式 的改进15-202.1边界元数值波浪水槽模式简介 15-162.2建立了水槽 模式的图形用户界面程序16-172.3变浅地形主动消波器的设计和检验172.4变浅地形主动消波器的IS0PE基准性能测试17-182.5小结 182.6申请自然科学基金的简介18-203.波生横向彻体切应力的性质分 析20-233.1深水情况下彻体切应力随风浪要素的变化21-223.2彻体切应力与Ekman漂流的风生湍粘性力比较22-233.3小结234.博士后 工作的总结和展望23-25附件1WaveWatch的操作系统移植及其与 SWAN嵌套接口的改进25-41附件2数值波浪水槽的变浅地形主动