臺(tái)風(fēng)浪對(duì)浙江舟山的影響

夏璐一

欒曙光

張超

（大連海洋大學(xué)海洋與土木工程學(xué)院，大連116023）

0 引言

浙江省位于我國(guó)東南沿海，海岸線延綿曲折，島嶼星羅棋布，河口港灣眾多，全省海岸線長(zhǎng)度為6696km，其中大陸海岸線長(zhǎng)2254km。[1]由于浙江省處于亞歐大陸與西北太平洋的過(guò)渡地帶，每年夏、秋兩季常遭受臺(tái)風(fēng)的侵襲。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，從1949年-2009年間在浙江省登陸的熱帶氣旋共40個(gè)，影響浙江省的熱帶氣旋有314個(gè)。[2]因此，研究臺(tái)風(fēng)浪對(duì)浙江舟山群島的影響有著極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文基于MIKE21 SW譜波浪模型，建立浙江省海域臺(tái)風(fēng)浪的計(jì)算模型，以登陸浙江省的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“卡努”和“麥莎”為例，對(duì)浙江省海域的臺(tái)風(fēng)浪進(jìn)行數(shù)值模擬。在計(jì)算結(jié)果與波浪觀測(cè)值相吻合的基礎(chǔ)上，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析討論，為近岸臺(tái)風(fēng)浪預(yù)報(bào)和船舶回港避風(fēng)的防災(zāi)減災(zāi)提供參考依據(jù)。

1 浙江省臺(tái)風(fēng)模型

1.1 臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)模型參數(shù) 風(fēng)場(chǎng)半徑R的計(jì)算采用美國(guó)的Graham和Nunn提出的經(jīng)驗(yàn)公式[3]

式中：R為最大風(fēng)速半徑；φ為最大風(fēng)速與臺(tái)風(fēng)圓外法線之間的夾角；VF為臺(tái)風(fēng)中心移動(dòng)速度；P0為臺(tái)風(fēng)中心氣壓。

1.2 臺(tái)風(fēng)浪模型的建立 本文采用丹麥水力研究所研制的軟件MIKE21 SW（Spectral Waves FM）模型進(jìn)行數(shù)值模擬。強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“卡努”和“麥莎”的波浪模型是在強(qiáng)臺(tái)風(fēng)其風(fēng)場(chǎng)模型的基礎(chǔ)上建立的。

在笛卡爾坐標(biāo)系下，MIKE21 SW的控制方程采用波作用守恒方程，即

式中!V 指波群速度，!V=（cx，cy，cσ，cθ），cx，cy分別為波作用速度在地理空間（x，y）坐標(biāo)中的變化，cσ表示由于水深和水流變化引起波速在頻率上的變化，cθ表示由水深和水流引起的折射。

S表示能量平衡方程中的源函數(shù)，以譜密度表示為

式中，Sin表示風(fēng)輸入的能量；Snl表示波浪間非線性作用引起的能量轉(zhuǎn)移；Sds表示由白帽引起的能量損耗；Sbot表示由底摩阻引起的能量耗散；Ssurf表示由水深的變化引起波浪破碎產(chǎn)生的能量損耗。

1.3 臺(tái)風(fēng)浪模型的邊界條件與網(wǎng)格劃分 模型的邊界條件分為陸地邊界和開(kāi)邊界。陸地邊界采用波浪全吸收邊界，且邊界對(duì)向岸流全反射，不考慮離岸流的作用。開(kāi)邊界采用自由輻射邊界。本文建立的浙江省臺(tái)風(fēng)浪模型有3個(gè)開(kāi)邊界和1個(gè)陸地邊界，邊界條件設(shè)定見(jiàn)圖1。風(fēng)浪模型采用非結(jié)構(gòu)化三角形網(wǎng)格，如圖1所示。計(jì)算區(qū)域從福建省福清市起向北至上海市全水域，風(fēng)浪場(chǎng)的計(jì)算區(qū)域?yàn)椋?19.41°E，25.54°N）～（128.42°E，32.42°N）。

圖1 計(jì)算區(qū)域網(wǎng)格圖

2 舟山的波浪特征分析

在舟山本島8個(gè)方位選取水深-10m的位置點(diǎn)，位置點(diǎn)分別為 N（0°），NE（45°），E（90°），SE（135°），S（180°），SW（225°），W（270°），NW（315°），具體選點(diǎn)位置見(jiàn)圖 2。

在強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“卡努”和“麥莎”登陸之前，對(duì)舟山本島各方向進(jìn)行波浪分析，由圖3可知，舟山本島E向波浪最大，N向波浪最小。強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“卡努”登陸前波浪最大值為2.05m，最小值為0.4m，強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“麥莎”波浪最大值為1.39m，最小值為0.23m。

在臺(tái)風(fēng)登陸過(guò)程中，舟山本島的E向靠近外海，水深較深，產(chǎn)生波浪值最大；舟山本島N向距離臺(tái)風(fēng)中心最遠(yuǎn)，臺(tái)風(fēng)對(duì)N向影響最小，因此N向波浪最小。從圖3可以看出臺(tái)風(fēng)移動(dòng)過(guò)程中經(jīng)過(guò)舟山本島的E向和W向，舟山本島W向波浪值小于E向波浪值，這是由于舟山本島對(duì)臺(tái)風(fēng)有一定的阻礙影響，經(jīng)計(jì)算知，舟山本島使得臺(tái)風(fēng)引起的波浪削弱了35%左右。

圖2 選取點(diǎn)位置圖

圖3 舟山波浪模擬值

3 結(jié)論

本文利用MIKE21 SW譜波浪模型，建立了浙江省附近海域的風(fēng)場(chǎng)模型和臺(tái)風(fēng)浪模型，在與實(shí)測(cè)結(jié)果相吻合的基礎(chǔ)上對(duì)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“卡努”和“麥莎”進(jìn)行數(shù)值模擬與分析，得出舟山本島E向波浪最大，N向波浪最小。舟山本島的阻隔使得臺(tái)風(fēng)引起的波浪削弱了35%左右。

[1]樓東，劉亞軍，等.浙江海岸線的時(shí)空變動(dòng)特征、功能分類及治理措施[J].海洋開(kāi)發(fā)與管理，2011（3）：11-17.

[2]朱業(yè)，丁駿等.1949-2009年登陸和影響浙江的熱帶氣旋分析[J].海洋預(yù)報(bào)，2012，29（2）：8-14.

[3]邱大洪.工程水文學(xué)[M].北京：人民交通出版社，2007.