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长江口海域风浪场的计算与特征分析

耿浩博 张洪生 洪杨彬 胡国栋

耿浩博,张洪生,洪杨彬,等. 长江口海域风浪场的计算与特征分析[J]. 水利水运工程学报 doi:  10.12170/20200102003
引用本文: 耿浩博,张洪生,洪杨彬,等. 长江口海域风浪场的计算与特征分析[J]. 水利水运工程学报 doi:  10.12170/20200102003
(GENG Haobo, ZHANG Hongsheng, HONG Yangbin, et al. Calculation and characteristic analyses of wind wave fields in the Yangtze Estuary[J]. Hydro-Science and Engineering(in Chinese)) doi:  10.12170/20200102003
Citation: (GENG Haobo, ZHANG Hongsheng, HONG Yangbin, et al. Calculation and characteristic analyses of wind wave fields in the Yangtze Estuary[J]. Hydro-Science and Engineering(in Chinese)) doi:  10.12170/20200102003

长江口海域风浪场的计算与特征分析

doi: 10.12170/20200102003
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51679132,51079082);上海市地方高校基地能力建设项目(17040501600)
详细信息
    作者简介:

    耿浩博(1994—),男,河南洛阳人,硕士研究生,主要从事水波动力学的理论及其应用研究。E-mail:genghaoboluoyang@163.com

    通讯作者:

    张洪生(E-mail:hszhang@shmtu.edu.cn

  • 中图分类号: P731

Calculation and characteristic analyses of wind wave fields in the Yangtze Estuary

  • 摘要: 以ECMWF数据资料为输入风场,以ETOPO1地形数据和实测水深资料相结合得到计算水深,通过WAVEWATCH III和SWAN模型嵌套数值模拟了长江口海域1996—2015年连续20年的风浪场。为了在保证计算精度的同时提高计算效率,通过台风和寒潮期间显著波高的比较进行敏感性分析,选取合适的计算范围和计算网格。与观测数据进行比较,发现显著波高计算值的变化趋势与观测结果一致,两者的相关系数为0.82。为了使模拟结果更接近实际,基于观测的波高,给出了具有代表性点位显著波高的修正式。根据风场数据资料和修正后的显著波高进行了风场和风浪场的特征统计分析,风浪特性分析的结果既体现了季节的影响,又体现了地形的影响。
  • 图  1  研究范围和代表性位置示意(水深应该为正??坐标直接写经度和纬度?)

    (虚线框-WW III计算范围,实线框-SWAN计算范围)

    Figure  1.  Sketch of study scope and representative location

    图  2  东边界取不同经度时P点的显著波高对比

    Figure  2.  Comparisons of the calculated significant wave heights of point P with different east boundaries

    图  3  不同网格组合下P点的显著波高对比

    Figure  3.  Comparisons of significant wave heights of point P for different combinations of grid mesh

    图  4  显著波高的观测值、计算值和修正值对比

    Figure  4.  Comparisons of the observed, calculated and modified values of significant wave heights

    图  5  显著波高的计算值和观测值散点

    Figure  5.  Plot of the observed and calculated values of significant wave heights

    图  6  波周期的观测值和计算值对比

    Figure  6.  Comparisons of the observed and calculated values of wave periods

    图  7  点P多年风玫瑰图

    Figure  7.  Wind rose plot of point P

    图  8  点P多年各级波高玫瑰图

    Figure  8.  Wave rose plot of point P

    图  9  点P不同重现期的H1/10极值波高

    Figure  9.  Plot of extreme significant wave heights of point P for different return periods

    图  10  点P邻近海域50年一遇E向极值波高分布

    Figure  10.  Extreme significant wave heights of 50 years return distribution

    表  1  点P多年平均风速统计

    Table  1.   Average wind speeds for point P

    季度月份平均风速/(m·s−1)季度月份平均风速/(m·s−1)
    春季3月6.2秋季9月5.9
    4月6.310月6.4
    5月5.711月6.9
    夏季6月5.3冬季12月7.1
    7月5.51月6.7
    8月5.82月6.8
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    表  2  点P多年显著波高与波向联合分布(全年)

    Table  2.   Joint probability distribution of significant wave heights and directions for point P %

    波高/m波向
    NNNENEENEEESESESSESSSWSWWSWWWNWNWNNW累计
    H1/10≤0.5 0.5 0.7 1.1 0.9 0.8 1.2 1.3 1.0 0.9 0.5 0.3 0.1 0.1 0.2 0.3 0.3 10.2
    0.5<H1/10≤0.7 0.7 1.6 2.4 2.1 1.6 1.5 1.4 1.6 1.2 0.5 0.2 0.2 0.2 0.2 0.3 0.4 16.1
    0.7<H1/10≤0.9 1.5 2.9 3.6 2.8 2.2 1.5 1.5 1.8 1.5 0.6 0.2 0.1 0.1 0.2 0.4 0.5 21.4
    0.9<H1/10≤1.2 2.5 4.5 4.2 3.1 2.1 1.4 1.2 1.7 1.0 0.2 0.1 - - 0.2 0.4 1.2 23.8
    1.2<H1/10≤1.5 1.8 2.8 2.7 1.8 1.3 0.9 0.8 0.8 0.5 0.1 - - - 0.1 0.2 0.8 14.6
    1.5<H1/10≤1.9 1.5 1.8 1.4 1.1 0.6 0.5 0.4 0.2 0.1 - - - - - 0.2 0.5 8.3
    H1/10>1.9 1.0 1.3 0.9 0.6 0.6 0.5 0.2 - - - - - - - 0.1 0.4 5.6
    累计 9.5 15.6 16.3 12.4 9.2 7.5 6.8 7.1 5.2 1.9 0.8 0.4 0.4 0.9 1.9 4.1 100
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    表  3  点P显著波高与波周期平均值的统计

    Table  3.   The table of averaged significant wave heights and mean wave periods for point P

    月份$ \bar {H} $1/10/m$ \bar {T} $/s月份$ \bar {H} $1/10/m$ \bar {T} $/s月份$ \bar {H} $1/10/m$ \bar {T} $/s
    3 1.0 2.6 7 1.0 2.5 11 1.1 2.8
    4 0.9 2.4 8 1.0 2.7 12 1.1 2.7
    5 0.8 2.3 9 1.2 2.9 1 1.1 2.6
    6 0.8 2.4 10 1.2 3.0 2 1.1 2.7
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    表  4  点P多年显著波高与平均波周期联合分布表(全年)

    Table  4.   Joint probability distribution of significant wave heights and mean wave periods for point P %

    波高/m周期/s
    T≤22<T≤33<T≤44<T≤55<T≤66<T累计
    H1/10≤0.5 9.9 0.3 - - - - 10.2
    0.5<H1/10≤0.7 5.9 10.2 - - - - 16.1
    0.7<H1/10≤0.9 - 20.7 0.7 - - - 21.4
    0.9<H1/10≤1.2 - 20.3 3.5 - - - 23.8
    1.2<H1/10≤1.5 - 8.4 6 0.2 - - 14.6
    1.5<H1/10≤1.9 - - 7.7 0.5 0.1 - 8.3
    H1/10>1.9 - - 3.4 1.8 0.3 0.1 5.6
    累计 15.8 59.9 21.3 2.5 0.4 0.1 100
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  • [1] 孔丛颖, 史剑, 李瑞杰, 等. 基于WAVEWATCH对台风“海马”和“米雷”台风浪的数值模拟[J]. 海洋环境科学,2013,32(3):419-423. (KONG Congying, SHI Jian, LI Ruijie, et al. Numerical simulation of typhoon waves around the waters in China’s offshore[J]. Marine Environmental Science, 2013, 32(3): 419-423. (in Chinese)
    [2] 徐福敏, 黄云峰, 宋志尧. 东中国海至长江口海域台风浪特性的数值模拟研究[J]. 水动力学研究与进展,2008,23(6):604-611. (XU Fumin, HUANG Yunfeng, SONG Zhiyao. Numerical simulation of typhoon-driven-waves from East China Sea to Yangtze Estuary[J]. Chinese Journal of Hydrodynamics, 2008, 23(6): 604-611. (in Chinese)
    [3] 胡克林, 丁平兴, 朱首贤, 等. 长江口附近海域台风浪的数值模拟——以鹿沙台风和森拉克台风为例[J]. 海洋学报,2004,26(5):23-33. (HU Kelin, DING Pingxing, ZHU Shouxian, et al. Numerical simulation of typhoon waves around the waters of the Changjiang Estuary: a case study of typhoon Rusa and Typhoon Sinlaku[J]. Acta Oceanologica Sinica, 2004, 26(5): 23-33. (in Chinese)
    [4] 杨万康, 尹宝树, 伊小飞, 等. 基于Holland风场的台风浪数值计算[J]. 水利水运工程学报,2017(4):28-34. (YANG Wankang, YIN Baoshu, YI Xiaofei, et al. Numerical calculation and research of typhoon waves based on Holland wind field[J]. Hydro-Science and Engineering, 2017(4): 28-34. (in Chinese)
    [5] 徐丽丽, 肖文军, 石少华, 等. WaveWatch Ⅲ和SWAN模型嵌套技术在业务化海浪预报系统中的应用及检验[J]. 海洋通报,2015,34(3):283-294. (XU Lili, XIAO Wenjun, SHI Shaohua, et al. Application and validation of an operational wave forecast model system based on the nesting use of WaveWatch Ⅲ and SWAN model[J]. Marine Science Bulletin, 2015, 34(3): 283-294. (in Chinese) doi:  10.11840/j.issn.1001-6392.2015.03.007
    [6] 周科, 朱志夏, 杨洋. 西北太平洋海浪数值模拟[J]. 浙江大学学报(理学版),2009,36(5):603-608. (ZHOU Ke, ZHU Zhixia, YANG Yang. Simulation of ocean wave in the Northwest Pacific Ocean[J]. Journal of Zhejiang University (Science Edition), 2009, 36(5): 603-608. (in Chinese)
    [7] 徐艳清, 尹宝树, 杨德周, 等. 东中国海海浪数值模式的研究[J]. 海洋科学,2005,29(6):42-47. (XU Yanqing, YIN Baoshu, YANG Dezhou, et al. Study of wave numerical model in East China Sea[J]. Marine Sciences, 2005, 29(6): 42-47. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1000-3096.2005.06.010
    [8] LI J X, CHEN Y P, PAN S Q, et al. Estimation of mean and extreme waves in the East China Seas[J]. Applied Ocean Research, 2016, 56: 35-47. doi:  10.1016/j.apor.2016.01.005
    [9] TOLMAN H L. A third-generation model for wind waves on slowly varying, unsteady, and inhomogeneous depths and currents[J]. Journal of Physical Oceanography, 1991, 21(6): 782-797. doi:  10.1175/1520-0485(1991)021<0782:ATGMFW>2.0.CO;2
    [10] The SWAN Team. SWAN scientific and technical documentation[R]. The Netherlands: Delft University of Technology, 2018.
    [11] BOOIJ N, RIS R C, HOLTHUIJSEN L H. A third-generation wave model for coastal regions: 1. model description and validation[J]. Journal of Geophysical Research: Oceans, 1999, 104(C4): 7649-7666. doi:  10.1029/98JC02622
    [12] 张洪生, 辜俊波, 王海龙, 等. 利用WAVEWATCH和SWAN嵌套计算珠江口附近海域的风浪场[J]. 热带海洋学报,2013,32(1):8-17. (ZHANG Hongsheng, GU Junbo, WANG Hailong, et al. Simulating wind wave field near the Pearl River Estuary with SWAN nested in WAVEWATCH[J]. Journal of Tropical Oceanography, 2013, 32(1): 8-17. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1009-5470.2013.01.002
    [13] 闫涛, 张宇铭, 胡保全. WAVEWATCH和SWAN嵌套模拟台风浪场的结果分析[J]. 海洋湖沼通报,2009(4):1-7. (YAN Tao, ZHANG Mingyu, HU Baoquan. Simulating wind-generated waves in hurricane dean with SWAN nested in WAVEWATCH[J]. Transactions of Oceanology and Limnology, 2009(4): 1-7. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1003-6482.2009.04.001
    [14] 高山, 丁平兴, 朱首贤. WaveWatch的操作系统移植及其与SWAN嵌套接口的改进[J]. 海洋科学进展,2006,24(2):228-237. (GAO Shan, DING Pingxing, ZHU Shouxian. Operating system transplantation of WaveWatch and modification of its nesting interface with SWAN[J]. Advances in Marine Science, 2006, 24(2): 228-237. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1671-6647.2006.02.012
    [15] ZHANG H S, ZHOU E X, DAI S, et al. Comparison of the calculated and measured wave heights in inland lakes[J]. Journal of Coastal Research, 2016, 32(4): 814-828.
    [16] LU Q F. Initial evaluation and assimilation of FY-3A atmospheric sounding data in the ECMWF System[J]. Science China Earth Sciences, 2011, 54(10): 1453-1457. doi:  10.1007/s11430-011-4243-9
    [17] 李晓婷, 郑沛楠, 王建丰, 等. 常用海洋数据资料简介[J]. 海洋预报,2010,27(5):81-89. (LI Xiaoting, ZHENG Peinan, WANG Jianfeng, et al. Introduction of the ocean data in common use[J]. Marine Forecasts, 2010, 27(5): 81-89. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1003-0239.2010.05.014
    [18] 应王敏, 郑桥, 朱陈陈, 等. 基于SWAN模式的“灿鸿”台风浪数值模拟[J]. 海洋科学,2017,41(4):108-117. (YING Wangmin, ZHENG Qiao, ZHU Chenchen, et al. Numerical simulation of “CHAN-HOM” typhoon waves using SWAN model[J]. Marine Sciences, 2017, 41(4): 108-117. (in Chinese) doi:  10.11759/hykx20160919002
    [19] 范海荣. 多尺度波浪数值模拟技术研究[D]. 青岛: 中国海洋大学, 2015

    FAN Hairong. Technology research of multi-scale wave numerical modeling[D]. Qingdao: Ocean University of China, 2015 (in Chinese)
    [20] 路川藤, 陈志昌, 罗小峰. 基于非结构网格的长江口二维三维嵌套潮流数值模拟[J]. 水利水运工程学报,2013(4):18-23. (LU Chuanteng, CHEN Zhichang, LUO Xiaofeng. 2D and 3D nested tidal current numerical simulation of Yangtze estuary based on finite volume method[J]. Hydro-Science and Engineering, 2013(4): 18-23. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1009-640X.2013.04.004
    [21] 文圣常, 余宙文. 海浪理论与计算原理[M]. 北京: 科学出版社, 1984.

    WEN Shengchang, YU Zhouwen. Wave theory and calculation principle[M]. Beijing: Science Press, 1984. (in Chinese)
  • [1] 钱明霞, 路川藤, 孙高霞, 丁伟, 朱方剑.  地形变异条件下长江口南港河段水动力变化 . 水利水运工程学报, doi: 10.12170/20181223001
    [2] 丁磊, 陈黎明, 高祥宇, 缴健, 胡静.  长江口水源地取水口盐度对径潮动力的响应 . 水利水运工程学报,
    [3] 陈维, 匡翠萍, 顾杰, 贺露露.  长江口盐水入侵对海平面上升的响应特征 . 水利水运工程学报,
    [4] 唐东跃, 张沈阳, 何文亮.  浙江沿海及长江口同步潮位数据比较分析 . 水利水运工程学报,
    [5] 赵德招, 万远扬.  2015年长江口航道运行维护特征分析 . 水利水运工程学报,
    [6] 钱明霞, 路川藤, 罗小峰, 朱思雨.  长江口北槽潮波对地形变化的响应研究 . 水利水运工程学报,
    [7] 丁磊, 窦希萍, 高祥宇, 徐海东, 缴健.  长江口2013年和2014年枯季盐水入侵分析 . 水利水运工程学报,
    [8] 刘高伟, 程和琴, 杨忠勇.  长江口深水航道三期工程前后北槽中上段水动力及含沙量变化特征 . 水利水运工程学报,
    [9] 朱远, 罗小峰.  长江口南港河槽容积变化特征分析 . 水利水运工程学报,
    [10] 李文正.  长江口南港瑞丰沙整治工程对周边河势的影响 . 水利水运工程学报,
    [11] 李文正, 万远扬.  长江口深水航道回淤强度与潮汐动力相关性分析 . 水利水运工程学报,
    [12] 杨云平,李义天,王冬,韩剑桥.  长江口悬沙有效沉速时空变化规律 . 水利水运工程学报,
    [13] 姜海波,侍克斌,李玉建.  库盘大面积土工膜防渗体的渗漏估算 . 水利水运工程学报,
    [14] 刘杰,纪为刚,王元叶,程海峰,赵德招.  长江口北槽表层悬沙粒径变化及其对OBS标定的影响 . 水利水运工程学报,
    [15] 毛凤莲.  南京水利科学研究院2000-2009年发表论文统计分析 . 水利水运工程学报,
    [16] 张俊勇,陈立,吴华林,许文盛.  长江口全沙物模研究基础及展望 . 水利水运工程学报,
    [17] 张金善,孔俊,章卫胜,滕玲.  长江河口动力与风暴潮相互作用研究 . 水利水运工程学报,
    [18] 窦希萍.  “长江口深水航道治理工程成套技术”——获2007年度国家科技进步一等奖 . 水利水运工程学报,
    [19] 黄孟生,徐道远.  码头门机荷载最大值分布随机过程概率模型统计分析 . 水利水运工程学报,
    [20] 姚国权,丁炳灿,王鉴义,麻志雄.  南海海浪年极值统计分析 . 水利水运工程学报,
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  • 收稿日期:  2020-01-02

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