复杂地形下海浪数值模式的特征线计算格式华锋.pdfVIP

第 23 卷第 3 期 海洋科学进展 Vol . 23 　No . 3 2005 年 7 月 ADV AN C ES IN MA R IN E SCIEN C E J uly ,2005 复杂地形下海浪数值模式的特征线计算格式 华 　锋1 ,2 ,3 ,4 ,王道龙3 ,4 ,袁业立3 ,4 ,王海燕3 ,4 ( 1. 中国科学院 海洋研究所 ,山东 青岛 26607 1 ;2 . 中国科学院 研究生院 ,北京 100039 ; 3 . 国家海洋局 第一海洋研究所 ,山东 青岛 26606 1 ;4 . 海洋环境科学与数值模拟国家海洋局重点实验室 ,山东 青岛 ,26606 1) 摘 　要 :L A GFDWA M 海浪数值模式是一种第三代海浪数值模式 ,通过求解波数谱平衡方程 ,并考虑风输入 、波浪 破碎耗散 、底摩擦耗散 、波波非线性相互作用和波流相互作用等源函数 ,模拟波数空间下的海浪方向谱 ,并依此获 得海浪的波高 、周期和平均波向。该模式的一个显著特点是采用特征线嵌入格式求解海浪的传播 。在进行浅水区 域的海浪模拟时 ,特征线嵌入格式的数值计算方案是否合理对海浪数值模拟结果产生直接的影响 。为此 L A GFD - WA M 海浪数值模式提出了一种新的特征线混合数值计算格式 ,并应用于浅水海浪数值模拟 。结果表明 ,采用 该计算方法 ,能够使数值模拟结果与实测结果很好符合 。 关键词 :数值模拟 ;海浪数值模式 ;特征线 ;嵌入格式 中图分类号 :P73 1. 22 　　　　　文献标识码 :A 　　　　　文章编号 :167 16647 (2005) L A GFDWA M 海浪数值模式是当今世界上最先进的第三代海浪数值模式之一 ,它建立于 199 1 年 。该 模式基于波数谱空间下能量平衡方程 ,是以海浪方向谱为直接模拟 目标的海浪数值模拟方法 。它包含了国 际上必威体育精装版海浪研究成果 ,诸如 :风输入源函数 、波浪破碎耗散源函数 、底摩擦效应源函数 、波 —波非线性相互 作用源函数和波 —流相互作用源函数 ,并提出了反映海波能谱传播的复杂特征线方程 ,能够很好地模拟波浪 方向谱和各特征波要素[ 1 ,2 ] 。 在国际上 ,L A GFDWA M 海浪数值模式首先采用了特征线嵌入格式 ,替代了数值模式中通常所采用的 差分格式 。其显著优点是解除了空间步长对时间步长的约束 。在地形无复杂变化的情况下 ,既能保证空间 网格的分辨率 , 同时能够显著提高计算速度 。 但是 ,应当指出的是 ,L A GFDWA M 早期主要应用于深水海浪数值模拟 ,在其模式检验中均采用深水 海浪观测数据 。在将该模式应用于浅水海浪数值模拟时 ,发现原先所设计的数值格式有较大的问题 ,不能合 理地计算海浪在复杂地形下的传播 。 本文为 L A GFDWA M 海浪数值模式设计了一种新的特征线数值计算格式 ,并利用 3 个月的海浪观测 数据进行了模拟检验 。结果表明 ,该格式能够较好地进行浅水海浪数值模拟 。 1 　L A GFDWA M 海浪模式的特征线嵌入格式简介及存在问题 L A GFDWA M 模式的控制方程组为[3 ,4 ] : ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) + Cg + U · E k = S in k + S nl k + S ds k + S cu k = S S k 1 t d X ( )