風暴潮災害是嚴重威脅沿岸人民生命財產(chǎn)的自然災害。研究風暴潮及其致災因素的動力學特征是沿岸防災減災工作的必然要求。由于風暴潮過程影響因素的復雜性,相關研究還遠不能滿足實踐的需要。為此,需要綜合考慮風暴潮、天文潮和波浪之間的相互作用,構建合適的耦合數(shù)學模型,采用數(shù)值計算的方法研究各種物理因子的動力學特征,并對其與風暴潮之間的相互作用規(guī)律和機理進行分析。 本文針對風暴潮過程物理因素眾多,相互作用關系復雜的特點,首先研究了臺風特征、天文潮、以及波浪與風暴潮之間的特征關系和影響規(guī)律。在此基礎上,本文基于模塊化思想,建立了在臺風作用下,綜合考慮風暴潮、天文潮和波浪三者相互作用的耦合數(shù)值模型。將模型應用到杭州灣地區(qū),分別模擬了典型的實際臺風過程以及設計最不利臺風過程下的臺風浪和風暴潮變化過程。 臺風作用是影響風暴潮的主要因素。論文以均勻斜坡地形模擬大陸架,模擬臺風垂直岸線登陸,得到了不同臺風特征參數(shù)對風暴增水的影響規(guī)律;并分析對比了風應力與低氣壓作用在臺風增水中所占的比重。天文潮與風暴增水之間的非線性作用也是風暴潮模擬中不容忽視的因素,論文分別在理想地形和實際地形中計算了典型臺風過程下相應的風暴潮位,分析得到了非線性作用下的風暴增水分布規(guī)律,并進一步研究了臺風在不同天文潮相位登陸時的風暴增水特征。臺風浪既是臺風過程中致災的重要方面,同時也與風暴潮之間存在復雜的相互作用。論文計算了典型的實際臺風過程中杭州灣內臺風浪的演變情況,分析了波浪與風暴潮的相互影響作用特征及其分布規(guī)律。 論文將耦合模型應用到杭州灣地區(qū),計算了典型臺風過程下的風暴潮過程。對比分析表明,耦合模型能夠很好地模擬臺風過程中的風暴潮和臺風浪。在上述研究成果的基礎上,結合歷年臺風資料設計了對杭州灣最不利的臺風過程,模擬該情況下杭州灣內的風暴潮過程,指出了杭州灣內可能的最危險區(qū)域,對實際的防災工作具有重要的參考價值。
【學位單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2010
【中圖分類】：P731.23
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 杭州灣地理環(huán)境特征
    1.3 臺風模型研究進展
    1.4 風暴潮模型研究進展
    1.5 波浪模型研究進展
    1.6 風暴潮綜合水動力學模型研究進展
    1.7 本文研究內容
第2章 臺風特征參數(shù)對風暴增水的影響分析
    2.1 引言
    2.2 臺風模型
        2.2.1 基本方程
        2.2.2 臺風計算
    2.3 風暴潮模型.
        2.3.1 風暴潮模型基本方程
        2.3.2 ADCIRC 模型的數(shù)值方法
    2.4 模型驗證
        2.4.1 臺風模型驗證
        2.4.2 ADCIRC 模型驗證及分析
    2.5 不同臺風參數(shù)下的水面響應特征
        2.5.1 氣壓作用和風應力作用
        2.5.2 臺風特征參數(shù)影響
    2.6 本章小結
第3章 天文潮與風暴增水的耦合效應
    3.1 引言
    3.2 東中國海-杭州灣地區(qū)潮波嵌套模型
        3.2.1 模型建立
        3.2.2 天文潮驗證及分析
    3.3 天文潮與風暴增水的非線性作用
        3.3.1 理想地形天文潮與風暴增水的非線性作用
        3.3.2 杭州灣內天文潮與風暴增水的非線性作用
    3.4 小結
第4章 臺風浪及其對風暴潮的影響
    4.1 引言
    4.2 第三代淺水波浪模型SWAN
        4.2.1 控制方程
        4.2.2 物理過程
        4.2.3 增水計算
        4.2.4 數(shù)值求解方法
    4.3 模型驗證及分析
        4.3.1 驗證方案
        4.3.2 驗證結果分析
    4.4 理想地形臺風浪模擬
        4.4.1 計算條件
        4.4.2 波流作用的影響分析
    4.5 杭州灣臺風浪模擬
        4.5.1 計算條件
        4.5.2 杭州灣內臺風浪特征
    4.6 波浪對風暴增水的影響
    4.7 小結
第5章 風暴潮、天文潮、波浪耦合模型研究應用
    5.1 引言
    5.2 耦合模型的建立
        5.2.1 耦合模型基本框架
        5.2.2 耦合模型的具體流程
    5.3 典型臺風過程下杭州灣內風暴潮模擬及其特征
        5.3.1 杭州灣地區(qū)典型臺風過程的選取
        5.3.2 臺風浪模擬及波高特征分析
        5.3.3 風暴潮的模擬及特征分析
    5.4 設計最不利臺風對杭州灣的影響
        5.4.1 最不利臺風的設計
        5.4.2 設計最不利臺風對杭州灣的影響分析
    5.5 本章小結
第6章 結論.
    6.1 研究結論
    6.2 主要創(chuàng)新點.
    6.3 有待進一步研究的問題
參考文獻
致謝
個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果

【引證文獻】

相關博士學位論文 前1條

1 馮興如;重點區(qū)臺風風暴潮數(shù)值預報與災害評估研究[D];中國科學院研究生院（海洋研究所）;2012年

本文編號：2868004