海浪的數(shù)值模擬及其大尺度作用力的分析

1、海浪的數(shù)值模擬及其大尺度作用力的分析【摘要】：在兩年的博士后研究工作中，針對(duì)海浪的數(shù)值模擬及其大尺 度作用力進(jìn)行了系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和研究。主要做了以下三方面的工作：首先，建立起一個(gè)近岸海浪場(chǎng)數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)。對(duì)國(guó)際上廣泛采用的兩種 能譜海浪模式 WaveWatch和SWAN進(jìn)行了深入的研究，成功將 WaveWatch移植到Windows操作系統(tǒng)下運(yùn)行，提高了模式的易用性和 可操作性，同時(shí)修正了 SWAN與WaveWatch模式的嵌套接口所存在的 錯(cuò)誤，使SWAN在與WaveWatch模式嵌套運(yùn)行時(shí)能夠采用不規(guī)則邊界 的曲線網(wǎng)格或格距更小的規(guī)則網(wǎng)格，在這些工作的基礎(chǔ)上，采用WaveWatch與SWAN模式

2、嵌套的方法成功地建立起一個(gè)近岸海浪場(chǎng) 數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)，并得到成功的應(yīng)用。其次，在博士生研究成果基礎(chǔ)上，對(duì) 原有的二維邊界元數(shù)值波浪水槽模式進(jìn)行有意義的改進(jìn)和發(fā)展。為模型建立了一個(gè)實(shí)用的圖形用戶(hù)界面程序 ，該程序夠直觀設(shè)置水槽的各 種實(shí)驗(yàn)參數(shù)，可以隨意調(diào)整水槽的長(zhǎng)度、深度，人工設(shè)置初始自由面甚 至設(shè)置不同形狀的人工地形等，同時(shí)通過(guò)該程序還可設(shè)置造波機(jī)和消 波器的參數(shù)，以滿足不同實(shí)驗(yàn)的要求，從而極大的改善了原有模式的可 操作性，該程序的建立也為模式的推廣和應(yīng)用開(kāi)辟了道路；同時(shí),針對(duì)傳統(tǒng)的活塞式消波器只對(duì)淺水波具有較好的消波效果，而對(duì)深水波和有限水深波的消波效果不理想的問(wèn)題，為提高活塞式消波器的消波效

3、 果，設(shè)計(jì)了一個(gè)變淺地形主動(dòng)消波器，其原理是在水槽末端人為設(shè)置變 淺地形，利用變淺作用使傳入波全部過(guò)渡為淺水波，然后使用活塞式消波器,將所有淺水波動(dòng)吸收掉。該消波器對(duì)深水波和有限水深波具有 明顯的吸收作用，同時(shí)將該方法與阻尼消波相結(jié)合不僅能夠有效處理 寬頻譜隨機(jī)波動(dòng)，而且可以有效縮短所需消波區(qū)的長(zhǎng)度。最后，作為對(duì) 博士期間工作的總結(jié)，對(duì)海浪在大尺度條件下產(chǎn)生的波生橫向徹體切 應(yīng)力的性質(zhì)進(jìn)行了分析。對(duì)深水情況下徹體切應(yīng)力隨風(fēng)浪要素的變化 的分析表明,風(fēng)速會(huì)影響徹體切應(yīng)力的表面強(qiáng)度，但不改變它的影響深 度，而風(fēng)區(qū)則改變徹體切應(yīng)力的影響深度，但不改變它的表面強(qiáng)度。為 定量的檢驗(yàn)該作用力對(duì)海洋環(huán)流的驅(qū)

4、動(dòng)作用，將其與定常Ekman漂流 的風(fēng)生團(tuán)粘性力進(jìn)行了比較，得到了徹體切應(yīng)力與風(fēng)生湍粘性力無(wú)論 在表面強(qiáng)度還是影響深度上都具有相同量級(jí)的重要結(jié)論。最終建議在具體研究中有必要作為外部條件將風(fēng)場(chǎng)與浪場(chǎng)獨(dú)立考慮。【關(guān)鍵詞】：【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)【學(xué)位級(jí)別】：博士【學(xué)位授予年份】：2005【分類(lèi)號(hào)】：P731.22【目錄】：海浪的數(shù)值模擬及其大尺度作用力的分析 1-25引言4-71. 近岸海浪場(chǎng)數(shù)值預(yù)報(bào)模式的建立 7-151.1將Wavewatch模式移植到 Windows系統(tǒng)下運(yùn)行7-81.2修正SWAN與 WaveWatch嵌套接口存在 的BUG81.3預(yù)報(bào)系統(tǒng)中臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)資料的獲取與合成

5、 8-101.4長(zhǎng)江口近岸海浪場(chǎng)的數(shù)值模擬10-141.5小結(jié)14-152.邊界元數(shù)值波浪水槽模式 的改進(jìn)15-202.1邊界元數(shù)值波浪水槽模式簡(jiǎn)介 15-162.2建立了水槽 模式的圖形用戶(hù)界面程序16-172.3變淺地形主動(dòng)消波器的設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)172.4變淺地形主動(dòng)消波器的IS0PE基準(zhǔn)性能測(cè)試17-182.5小結(jié) 182.6申請(qǐng)自然科學(xué)基金的簡(jiǎn)介18-203.波生橫向徹體切應(yīng)力的性質(zhì)分 析20-233.1深水情況下徹體切應(yīng)力隨風(fēng)浪要素的變化21-223.2徹體切應(yīng)力與Ekman漂流的風(fēng)生湍粘性力比較22-233.3小結(jié)234.博士后 工作的總結(jié)和展望23-25附件1WaveWatch的操作系統(tǒng)移植及其與 SWAN嵌套接口的改進(jìn)25-41附件2數(shù)值波浪水槽的變淺地形主動(dòng)