号台风增水过程的两种数值模拟方法的比较

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1、5612号台风增水过程的两种数值模拟方法的比较郑杰上海勘测设计研究院上海200434摘要：本文通过一个覆盖东海的高分辨率（2'×2′）的海洋动力要素耦合作用的数学模型对5612号台风的增减水过程进行了数值模拟；也采用了传统的计算风暴潮增减水的数值模型对此进行了数值计算。从计算结果看，最大增水位前者的计算结果与测站实测值相比较，最大相对误差值为10cm，而最大增水位相误差为零。而采用传统的计算方法得到的结果与实测值相比较有较大的差别。从物理机制上看，前者考虑了波浪、潮汐风暴潮的相互作用，比后者合理。因此，在对风暴增减水进行计算时，需要考虑波浪、潮汐风暴潮的相互作用。关

2、键词：波浪；潮汐；风暴潮；耦合；数值预报ThestudyoftwonumericaltyphoonstormsurgeforcastmodelsintheEastChinaSeaZhengjieShanghaiAbstract：InthispaperAtwo-dimensionalnonlinearcoupledwave-currentnumericalmodelandatide-surgenumericalmodelwereusedtostudythetyphoonstormsurgeforecastintheEastChinaSea.Thispaperrevea

3、ledthatthecalculatedresultsbyconsideringtheinteractionofwave-currentweremorereasonableandmoreclosetothefielddatainthetidalstationsincludingWusong,GaoqiaoandGanputhanthecalculatedresultsbythetide-surgemodel..Thepapersuggestedthatweshouldconsidertheinteractionofwave-currentwhenwestudiedt

4、hetyphoonstormsurgeintheEastChinaSea.Keywords：wave;tide-surge;coupledinteraction;numericalmodel0引言随着计算机和计算技术的飞速发展，计算风暴潮增减水的数值模式在实际中得到了具体的应用，并在防灾预报中发挥了很好的作用。比如美国的SLOSH模式[1]以及英国的自动化温带风暴潮预报模式等等。20世纪80年代，我国风暴潮的数值模式研究也得到了相当迅速的发展，现已对渤海、黄海、东海和南海陆架区的风暴潮进行了相当数量的数值模拟实验，并以此来研究各动力因子的效应[2,3]。但前面的数值

5、模式，很少有考虑波浪的作用。实际的海洋,在风的作用下,波浪和潮汐风暴潮等动力过程同时发生在同一水体里,它们之间必然产生相互影响，特别在近岸地区，波浪的辐射应力、受波浪影响的表面风应力以及波流相互作用都会影响水位的变化。本文拟在这方面做出点探索与研究。1波浪和潮汐风暴潮耦合作用的数值模式1.1波浪数值模式本研究采用波浪数值模式（YWE-WAM模式）[4]计算波浪场。波场初始条件：t=0时，F取为JONSWAP谱；开边界条件：采用能量驱动方法以模拟涌浪的传入，即在开边界处假定波浪已达充分成长状态，输入相应风速的PM谱值。0.1潮汐风暴潮数值模式在笛卡儿直角坐标系下，平面

6、二维非恒定流基本方程可近似表示如下：连续方程为（1）动量方程为：（2）（3）式中：，——流速在x，y方向的分量；t——时间；——科氏参数，，为地球自转角速度，为地理纬度；——重力加速度；——潮位；，——表面风应力在x，y方向的分量；，——底应力在x，y方向的分量；——平均海平面以下的水深；Sxx,Sxy,Syx,Syy——辐射应力张量的4个分量；，——侧向涡动粘性系数。初始条件为：；边界条件：对于陆域边界条件（闭边界）有：；对于水边界（开边界）给出各点的潮位值。表面风应力，，底应力，以及Sxx,Sxy,Syx,Syy的具体计算公式请参阅文献[5]。0.2气压场和风场

7、的计算[6]台风区域中心气压场选用Fujita,Takahashi嵌套来计算同一台风域中的气压场分布Takahashi，（1939）：（4）Fujita,（1952）：（5）式中，为台风外围气压，为台风中心气压，为台风最大风速半径，为距台风中心距离处的气压。在范围内，式（5）能更好地反映台风的气压变化，在的范围你，式（4）有更好的适应性。因此，选用式（4）和式（5）嵌套来计算同一台风风域中的气压场分布.台风域中的风场由两个矢量场叠加而成.其一是相对台风中心对称的风场,其风矢量穿过等压线指向左方,偏角(流入角)为20°,风速与梯度风成比例;其二是基本风场,假定其速