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三维风暴潮数值预报模型的研究及应用

作　者: 宋双霞
导　师: 李大鸣
学　校: 天津大学
专　业: 水力学及河流动力学
关键词: 渤海湾三维温带风暴潮数学模型调和分析 MM5风场模式
分类号: P731.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

分析研究表明,渤海湾是世界上风暴潮最频发和最严重的区域之一,春、秋、冬季均有灾害性温带风暴潮发生。对渤海湾二维风暴潮运动已经研究较多,而三维风暴潮的研究还有很大的发展空间。前者研究重心主要放在风暴增水的预报及后报；而后者更多的应用于如海上石油平台、海底管线等重大工程的建设中。事实上,这些重大工程更多关注的是极端天气条件下风暴潮对工程使用寿命和安全性的影响。本文在实验室二维温带风暴潮数值模型研究的基础上,系统的推导了三维温带风暴潮控制方程,采用显隐交替的有限差分格式,即ADI (Alternating Direction Implicit Method)方法,对三维温带风暴潮控制方程进行离散,形成了以追赶法求解的线性方程组,建立了三维温带风暴潮整体大范围区域黄渤海数学模型(大模型)和局部小范围区域渤海湾数学模型(小模型),大模型潮位开边界应用调和分析方法给出青岛港纬度一线的天文潮过程,小模型潮位开边界采用大模型计算成果提供,计算模拟了渤海湾海域的天文潮潮汐过程,并对青岛港调和分析资料、塘沽站天文潮过程和埕北测流点流速、流向进行了验证,结果基本吻合。在风暴潮计算中,引入MM5风场模拟成果,对渤海湾海域在风场和天文潮共同作用下的流场和增减水潮位过程进行模拟和预报,并采用塘沽风暴潮位实测过程进行验证,潮位过程变化趋势基本一致。本文作者编制了三维温带风暴潮计算的核心程序、模型资料前后处理程序和部分界面应用程序,主要模拟了渤海湾2009年5月历时72小时的一次风暴潮过程,计算值与实测值的最高潮位大小基本一致,潮型的变化趋势基本相同,表明该模型的建立是合理的,具有一定的应用价值。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-14
  1.1 相关研究工作的回顾  7-10
  1.2 风暴潮集成预报可视化系统研究现状及存在的问题  10-11
  1.3 本文的研究目的、方法、内容和创新点  11-13
  1.4 本章小结  13-14
第二章三维风暴潮控制方程的建立  14-26
  2.1 三维流动的运动方程  14-15
  2.2 沿水深平均的三维风暴潮控制方程  15-25
  2.3 本章小结  25-26
第三章三维风暴潮数学模型的建立  26-43
  3.1 三维风暴潮基本方程  26-27
  3.2 风应力计算  27-28
  3.3 三维风暴潮差分方程推导  28-35
  3.4 差分方程的求解  35-41
  3.5 水边界条件确定  41-42
  3.6 本章小结  42-43
第四章三维风暴潮模式在渤海湾的应用  43-79
  4.1 模型海区概况  45-46
  4.2 模型网格的划分  46-51
  4.3 风暴潮数学模型在黄渤海区域的应用及验证  51-59
  4.4 无风情况下三维风暴潮数学模型在渤海湾的应用及验证  59-68
  4.5 有风情况下三维风暴潮数学模型在渤海湾的应用及验证  68-71
  4.6 模型的可视化输出  71-78
  4.7 本章小结  78-79
第五章结论与建议  79-81
  5.1 结论  79
  5.2 建议  79-81
参考文献  81-84
发表论文和科研情况说明  84-85
致谢  85

三维风暴潮数值预报模型的研究及应用

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