海洋要素計算與預(yù)報(海浪7).ppt

,第三章 海浪計算方法,1 風(fēng)浪成長的經(jīng)驗(yàn)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 風(fēng)浪成長的經(jīng)驗(yàn)公式,3/2指數(shù)律 (Toba, 1972),其中,(Data from published literature),(Kawai et al., 1977),(Johnson et al., JPO, 1998),2 海浪數(shù)值計算,海浪譜傳輸方程:,- 二維海浪譜,- 群速度,- 波向空間的群速度,有限深水的彌散關(guān)系為：,其中,2 海浪數(shù)值計算,源函數(shù):,風(fēng)能輸入,白冠耗散,底摩擦,深度誘導(dǎo)破碎,四波相互作用,三波相互作用,海浪在瞬變的流場和具有變化水位的海域傳播:,2 海浪數(shù)值計算,其中,- 輻射應(yīng)力張量,存在流場時的彌散關(guān)系為：,2 海浪數(shù)值計算,波作用量譜傳輸方程 :,- 波作用量,- 頻率空間的群速度,通過輻射應(yīng)力考慮波浪作用的近岸流場和水位的動力學(xué)方程：,2 海浪數(shù)值計算,輻射應(yīng)力項(xiàng)的表達(dá)式：,其中,風(fēng)能輸入源函數(shù),（ Snyder, 1981）,風(fēng)能對海浪能量輸入的全球分布,mW m-2,(Wang & Huang, JPO, 2004),全球海洋能量平衡示意圖,Unit: 1012 Watt (TW),白冠耗散源函數(shù),Komen et al（1984）提出白冠耗散模型：,其中,四波相互作用源函數(shù),發(fā)生非線性波-波相互作用的條件:,- 耦合強(qiáng)度系數(shù),- Boltzmann積分,四波相互作用在形成海浪譜形中的作用,(Hasselman et al., 1973),Hasselmann等（1996）發(fā)展了一個近似算法（DIA），,四波相互作用源函數(shù)DIA算法,對于有限水深情形有經(jīng)驗(yàn)公式：,其中,深水情形不能發(fā)生三波相互作用,如果可以發(fā)生則應(yīng)滿足:,彌散關(guān)系的形式?jīng)Q定3波共振非線性波-波相互作用不能發(fā)生 。,深水風(fēng)浪源函數(shù)的能量平衡,(Komen et al., 1994),底摩擦耗散源函數(shù),JONSWAP計劃確定的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)（Hasselmann et al，1973）,- Collins（1972）,- Madsen et al. (1988)的渦粘模型,分代的依據(jù)是對4波非線性波-波相互作用的處理。 1st gen.:不考慮Snl的作用或作用不顯著 . 2nd gen.: Snl在第二代模式中相對重要，但在計算時需要預(yù)先指定譜的形式。 3rd gen.: Snl起重要作用，且對譜形不加限制，直接由譜傳輸方程數(shù)值地求解出譜值。,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/,海浪數(shù)值模式的分代及典型的第三代海浪模式,方向分辨率通常為 或 ，即24或12個方位角。,第三代海浪模式的參數(shù)設(shè)置,頻段的確定:,初始條件的確定:,（1）由風(fēng)場根據(jù)適當(dāng)?shù)暮＠祟l譜和方向分布函數(shù)確定初始譜密度。 （2）設(shè)初始值為零，由風(fēng)場驅(qū)動海浪模式若干時間后形成的浪場作為初始場。 （3）由海浪觀測資料根據(jù)同化方法確定初始場。,邊界條件的設(shè)置:,大多數(shù)第三代海浪模式均假定計算區(qū)域外的空間格點(diǎn)