新型混合型海浪数值预报模式
完成单位:中国海洋大学

支撑项目(平台):物理海洋教育部重点实验室

参与单位:中国海洋大学

所属学科:海洋科学

主要贡献者:文圣常,张大错,吴增茂,徐启春,吴克俭,郭佩芳

成就简介:开创了我国海浪数值预报模式研究,提出了一种特色显著的新型混合型海浪数值模式,为我国具有自主创新性的模式,并在国家有关海洋环境预报部门投入业务化应用,该成果于1997年获得国家科技进步三等奖。

在我国“七五”科技攻关计划中提出了一种新型混合型海浪数值模式,为我国具有自主创新性的模式。该模式的风浪部分基于有效波的能量平衡方程,将现今风浪能量计算中所有无法避免的经验成分集中于一项,并通过可靠的风浪成长关系予以确定。采用的风浪成长经验关系是在分析比较国内外较有代表性和权威性计算公式和方法后提出的。此模式的风浪与涌浪转换采取了新的途径,避免了传统的切割频率方法在概念上的困难,将已出现的海浪谱于新风速下可以支持的充分成长风浪谱比较来判断风浪与涌浪。由于以可靠的风浪成长经验关系得到源函数取代通常逐项计算源函数,避免了复杂的、难以精确的计算手续,使模式的精度得到根本的保证。另外由于综合性源函数避免了直接计算波-波相互作用,节省了大量的计算量,在相同条件下所用机时仅为国外盛行模式的1/60,从而大大节约了计算机时。该模式已在国家和地区性海洋预报中心投入业务化应用,结果证明该模式稳定性好、适用性强、精度高,可在微机上运行,十分便于推广应用。还通过与前苏联有关的海洋研究机构合作在其远东海域推广应用。日本著名海洋学家对此思路给予高度评价,认为是“东方思想体系的结晶”。
该模式的物理核心之一是恰当地确定风浪频谱的形式。1980年代,基于风浪由单频波发展成为充分成长状态的物理考虑,在谱形中引入尖度因子,可以恰当地描述风浪成长的各个阶段,推导出了理论形式的深浅水风浪频谱。该成果在1990年出版的海洋名著《The Sea》中得到国际同行的高度评价,并获得1991年国家自然科学四等奖。1990年代,又论证了在非常弱的假定下,只要已知两个不同成长状态的风浪频谱就可以准确地得到任意成长状态的风浪频谱,并由修正的P-M谱和非常年轻的风浪频谱得到了可描述海浪成长全过程的深浅水风浪频谱。
针对第三代海浪数值模式源函数中仍旧存在不确定性问题,于1990年代末又提出由给定海浪方向谱建立海浪数值模式的新途径,指出与其由观测的海浪方向谱确定源函数中的众多待定参数,不如直接由可靠的海浪方向谱建立海浪数值模式,模式的改进途径在于通过观测不断获得更可靠的海浪方向谱。

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