近20年南海波浪及波浪能分布、变化研究

【摘要】：南海海域波浪场的变化是当今诸多学者海洋研究的焦点。近几十年，南海海域海洋灾害的发生呈逐年增长的趋势，也成为制约南海经济发展的关键因素。研究南海的波浪场，对海上航运、海上军事以及能源的开发利用显得尤为重要。 本文利用1986年1月至2005年12月由WRF模式构造的高时空分辨率的再分析风场，运用目前国际比较先进的第三代海浪模式SWAN（SimulatingWaves Nearshore）40.85，对南海海域的波浪场进行长时间序列的数值模拟。文章主要分析了南海波浪场的变化，其中包括有效波高的季节变化和年际变化、多年一遇重现期极值以及波浪能的季节变化和年际变化。 由于受冬季季风的影响，南海有效波高在冬季达到了最大值，最小值则出现在季风转换的春季，在南海有效波高的分布呈现东北-西南走向；从多年平均有效波高的分布来看，最大值发生在南海的中部海域，有效波高分布与季节性分布趋势一致，亦呈现出东北-西南走向；并且通过与卫星高度计数据进行对比验证，显示模拟结果与实测数据吻合较好。 在本文中选用P-Ⅲ分布曲线对南海海域的有效波高和平均周期的重现期极值进行了估计，结果显示：P-Ⅲ型分布曲线对有效波高和平均周期的拟合效果较好。研究多年一遇重现期的极值对于海上航行、港口建设以及渔业捕捞都要非常重要的意义。 南海蕴藏有丰富的波浪能资源，这对于在南海建立波浪能电站十分有优势。通过对南海波浪能的分析，表明南海波浪能的储量比传统的估计要大的多。能流密度的最大值出现在冬季，而且具有比较高的稳定性，除此之外，通过计算能流密度能级频率发现，在南海，能流密度大于6kW/m的频率达到了80%以上，且高频率带的分布呈现东北-西南走向，这与波浪能的大致区分布相一致。 南海海域是台风的频发地，研究台风过程波浪场的变化显得十分重要。在本文中选取了编号为0814的黑格比台风作为研究个例。将模拟结果与实测数据进行对比验证，发现模拟结果与实测值吻合比较好。而且整个浪场的变化再现了台风的移动的过程。 本文采用SWAN海浪模式对南海海域进行数值模拟，通过与卫星高度计数据以及实测数据进行对比发现：模拟效果较好，说明SWAN模式可以很好地模拟南海海域的波浪场。 【关键词】：南海 SWAN 波浪 P-Ⅲ分布 台风
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P731.22;P743.2
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 0 前言11-12
• 1 绪论12-15
• 1.1 研究背景及意义12
• 1.2 国内外研究状况12-14
• 1.3 本文工作介绍14-15
• 2.数据来源15-17
• 2.1 CCMP 风场资料15-16
• 2.2 由 WRF 模式构造的再分析风场16
• 2.3 NCEP 再分析风场资料16
• 2.4 卫星高度计数据16-17
• 2.5 观测资料17
• 3. SWAN 模式介绍17-28
• 3.1 SWAN 模式控制方程18-19
• 3.2 物理过程19-25
• 3.2.1 风能输入19-20
• 3.2.2 波能量耗散作用20-22
• 3.2.3 非线性波-波相互作用22-25
• 3.3 数值方法25-28
• 3.3.1 平流项离散化25-27
• 3.3.2 源汇项27-28
• 3.4 初始条件28
• 3.5 边界条件的设定28
• 4.南海海域波浪场的变化和波浪能变化28-70
• 4.1 南海的地理位置28-30
• 4.2 有效波高、波向和周期的变化分布特征30-48
• 4.2.1 实测资料与模拟风场的比较30-31
• 4.2.2 南海海域波浪场的模拟31-35
• 4.2.3 南海海域有效波高的分布特征35-37
• 4.2.4 南海波向的季节分布特征37-38
• 4.2.5 浪玫瑰图和风玫瑰图38-45
• 4.2.6 波高和周期的联合分布45-48
• 4.3 多年一遇重现期极值48-64
• 4.3.1 皮尔逊Ⅲ分布——P-Ⅲ分布48-54
• 4.3.2 P-Ⅲ曲线图54-64
• 4.4 波浪能分布64-70
• 4.4.1 南海波浪能的季节特征64-67
• 4.4.2 南海波浪能的稳定性67-69
• 4.4.3 不同等级波浪能出现频率69-70
• 5.黑格比台风个例70-77
• 5.1 获取精细化网格71-73
• 5.1.1 水深插值72-73
• 5.2 数值模拟73-77
• 5.2.1 有效波高和波向的验证73-76
• 5.2.2 台风过程有效波高分布变化76-77
• 6. 结语77-82
• 6.1 与前人工作的异同点77-78
• 6.2 本文主要结论和创新点78-80
• 6.3 工作展望80-82
• 参考文献82-86
• 附录 186-95
• 致谢95-96
• 个人简历96
• 发表的学术论文96-97

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