煙臺海岸帶所在渤海及黃河三角洲近岸海域波浪模型研究中獲進(jìn)展----中國科學(xué)院

加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點，為把我國建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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煙臺海岸帶所在渤海及黃河三角洲近岸海域波浪模型研究中獲進(jìn)展

2024-02-01 煙臺海岸帶研究所

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中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所研究員毛淼華團(tuán)隊分別基于第三代海浪模型SWAN和波浪相解析Boussinesq模型FUNWAVE-TVD，并結(jié)合海洋觀測數(shù)據(jù)，對渤海及黃河三角洲近岸海域開展了研究。

對于渤海區(qū)域，該團(tuán)隊利用SWAN波浪模型模擬了臺風(fēng)Matmo（2014）、Rumbia （2018）以及Lekima（2019）期間的波浪和海況變化情況，并取得了如下認(rèn)識。臺風(fēng)期間，波浪場的時空分布與臺風(fēng)路徑具有直接關(guān)系，未從渤海中部直接穿過的臺風(fēng)Matmo波浪場相對穩(wěn)定；在不同的臺風(fēng)路徑下，具有較高能量的主導(dǎo)海況經(jīng)歷了顯著的時空變化，導(dǎo)致相應(yīng)的波高變化。從渤海中部穿過的臺風(fēng)Rumbia，對應(yīng)涌浪主導(dǎo)和混合海況下的高波浪能，且發(fā)生在臺風(fēng)中心到達(dá)前和離開后，這是受風(fēng)區(qū)限制和臺風(fēng)風(fēng)場快速變化的影響。對于沿渤海邊緣經(jīng)過的臺風(fēng)Lekima，高能波對應(yīng)臺風(fēng)中心經(jīng)過時風(fēng)浪主導(dǎo)的海況。海況的變化通常伴隨著譜峰個數(shù)的變化。在最大風(fēng)速半徑（R）坐標(biāo)系中，涌浪通常在R內(nèi)占主導(dǎo)，而風(fēng)浪在其他位置占主導(dǎo)。具有明顯方向差異的雙峰波譜主要出現(xiàn)在第二和第三象限的1/2R和R處。

對于黃河三角洲近岸海域，該研究基于波浪相位解析的Boussinesq模型FUNWAVE-TVD來模擬、分析波浪變形和耗散過程，并探討波浪相干性對水動力過程的影響。研究發(fā)現(xiàn)：具有較高相干性的波浪（100% wave coherence）在幅度上表現(xiàn)出更強(qiáng)的變化；跨岸流速隨著波浪向水深為1-5m的破浪區(qū)移動而降低，而渦度（vorticity）增大，表明剪切波更強(qiáng)；黃河三角洲近岸海域的波浪在5m以下的水深時有超過60%的波浪能被耗散，而在2m以下水深中80%被耗散；在各種不同的波浪相干性情況下，波浪的能量耗散沒有顯著差異。

上述成果推進(jìn)了關(guān)于半封閉淺海和近岸河口海域波浪動力過程的研究。對于臺風(fēng)等極端天氣下的海況分析以及近岸極淺水深的波浪變形與耗散過程的模擬，為近岸水動力環(huán)境、大河三角洲的研究與海岸工程建設(shè)等提供了理論支撐，具有學(xué)術(shù)價值與應(yīng)用價值。相關(guān)研究成果分別發(fā)表在《物理海洋學(xué)雜志》（Journal of Physical Oceanography）和《海洋科學(xué)與工程雜志》（Journal of Marine Science and Engineering）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會、中國科學(xué)院與煙臺市等的支持。

論文鏈接

臺風(fēng)Matmo（2014）、Rumbia（2018）和Lekima（2019）期間渤海（a）波浪場時空變化及（b）各海區(qū)海況變化情況。研究建立最大風(fēng)速半徑（R）坐標(biāo)系，并展示（c）臺風(fēng)Rumbia（2018）期間各象限的二維波譜。

不同波浪相干性下（a）有效波高(b)跨岸流速、渦度和波浪耗散變化以及（c）跨岸流速和渦度的空間分布

渤海作為我國最北部的半封閉內(nèi)陸海，地理位置與環(huán)境均比較特殊。近年來，氣候變化促進(jìn)西北太平洋臺風(fēng)強(qiáng)度的增大，且臺風(fēng)路徑有極向遷移趨勢。以渤海為例的較高緯度半封閉海域的臺風(fēng)波浪動力學(xué)研究顯得尤為重要。然而，較多關(guān)于臺風(fēng)波浪的研究集中在開闊海域，而對半封閉海區(qū)的波浪動力學(xué)研究不足。半封閉海域因地形復(fù)雜、海岸線不規(guī)則以及淺水動力學(xué)效應(yīng)，增加了臺風(fēng)波浪機(jī)制的復(fù)雜性。黃河三角洲是我國三大三角洲之一，位于渤海內(nèi)部的渤海灣與萊州灣之間，近岸海域水動力過程復(fù)雜，因而作為海洋動力因素之一的海浪的研究尤為重要。波浪動力學(xué)對近岸水位、流場以及沉積物輸運(yùn)具有重要影響。因此，渤海及黃河三角洲近岸海域波浪的研究可以為維持環(huán)渤海地區(qū)健康穩(wěn)定的海岸帶環(huán)境奠定基礎(chǔ)。中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所研究員毛淼華團(tuán)隊分別基于第三代海浪模型SWAN和波浪相解析Boussinesq模型FUNWAVE-TVD，并結(jié)合海洋觀測數(shù)據(jù)，對渤海及黃河三角洲近岸海域開展了研究。對于渤海區(qū)域，該團(tuán)隊利用SWAN波浪模型模擬了臺風(fēng)Matmo（2014）、Rumbia （2018）以及Lekima（2019）期間的波浪和海況變化情況，并取得了如下認(rèn)識。臺風(fēng)期間，波浪場的時空分布與臺風(fēng)路徑具有直接關(guān)系，未從渤海中部直接穿過的臺風(fēng)Matmo波浪場相對穩(wěn)定；在不同的臺風(fēng)路徑下，具有較高能量的主導(dǎo)海況經(jīng)歷了顯著的時空變化，導(dǎo)致相應(yīng)的波高變化。從渤海中部穿過的臺風(fēng)Rumbia，對應(yīng)涌浪主導(dǎo)和混合海況下的高波浪能，且發(fā)生在臺風(fēng)中心到達(dá)前和離開后，這是受風(fēng)區(qū)限制和臺風(fēng)風(fēng)場快速變化的影響。對于沿渤海邊緣經(jīng)過的臺風(fēng)Lekima，高能波對應(yīng)臺風(fēng)中心經(jīng)過時風(fēng)浪主導(dǎo)的海況。海況的變化通常伴隨著譜峰個數(shù)的變化。在最大風(fēng)速半徑（R）坐標(biāo)系中，涌浪通常在R內(nèi)占主導(dǎo)，而風(fēng)浪在其他位置占主導(dǎo)。具有明顯方向差異的雙峰波譜主要出現(xiàn)在第二和第三象限的1/2R和R處。對于黃河三角洲近岸海域，該研究基于波浪相位解析的Boussinesq模型FUNWAVE-TVD來模擬、分析波浪變形和耗散過程，并探討波浪相干性對水動力過程的影響。研究發(fā)現(xiàn)：具有較高相干性的波浪（100% wave coherence）在幅度上表現(xiàn)出更強(qiáng)的變化；跨岸流速隨著波浪向水深為1-5m的破浪區(qū)移動而降低，而渦度（vorticity）增大，表明剪切波更強(qiáng)；黃河三角洲近岸海域的波浪在5m以下的水深時有超過60%的波浪能被耗散，而在2m以下水深中80%被耗散；在各種不同的波浪相干性情況下，波浪的能量耗散沒有顯著差異。上述成果推進(jìn)了關(guān)于半封閉淺海和近岸河口海域波浪動力過程的研究。對于臺風(fēng)等極端天氣下的海況分析以及近岸極淺水深的波浪變形與耗散過程的模擬，為近岸水動力環(huán)境、大河三角洲的研究與海岸工程建設(shè)等提供了理論支撐，具有學(xué)術(shù)價值與應(yīng)用價值。相關(guān)研究成果分別發(fā)表在《物理海洋學(xué)雜志》（Journal of Physical Oceanography）和《海洋科學(xué)與工程雜志》（Journal of Marine Science and Engineering）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會、中國科學(xué)院與煙臺市等的支持。論文鏈接臺風(fēng)Matmo（2014）、Rumbia（2018）和Lekima（2019）期間渤海（a）波浪場時空變化及（b）各海區(qū)海況變化情況。研究建立最大風(fēng)速半徑（R）坐標(biāo)系，并展示（c）臺風(fēng)Rumbia（2018）期間各象限的二維波譜。不同波浪相干性下（a）有效波高(b)跨岸流速、渦度和波浪耗散變化以及（c）跨岸流速和渦度的空間分布

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