汕头近岸区的台风波浪_二_后报台风波浪及其基本特征

汕头近岸区的台风波浪

(二)后报台风波浪及其基本特征

张经汉 李少英 王盛安 沈建平

(中国科学院南海海洋研究所　广东省广州市　510301)

摘　要　本文采用《受陆岸影响浅水区台风风浪的推算方案》后报影响汕头近岸区的台风风浪,并以此与Tho mpso n 关于波型的判据和合田良实的不同波型能量集中度的规定相结合,计算台风混合浪,经与现场实测资料相比较,效果良好;依44年台风浪的后报结果,可以得到各场台风过程的波高,波能和主波向的变化以及后报台风较大浪时能随方向的分布。

关键词　后报 台风波浪 波浪能量 能量集中度

中图法分类号　P731.22

1　前 言

受台风(包括热带风暴和强热带风暴,下同)波浪影响近岸区海上建筑物的设计参数,往往由台风波浪所决定,依我国港口工程技术规范规定,确定设计参数需有15年以上的实测资料〔1〕

,这对海洋工程来说是难以达到的,因此,人们往往通过对历年的台风波浪的后报来实现。在这种情况下,设计参数的可靠程度,除与极值统计方法有关外,关键还是有赖于台风波浪后报方法的选定,而较理想的后报方法才有可能得到较合理的设计参数。本文着重讨论两个问题:一是台风浪的后报,二是后报台风波浪的基本特征。2　台风波浪的后报

受陆岸影响近岸区台风波浪的后报,国内外已有多种方法,当前,仍以图解法为主〔2,3〕,也有采用数值计算方法先计算到未受到陆岸影响较深水域处的波浪,而后再用波浪浅水变形的方法向受陆岸影响区内作分步计算〔4〕,本文采用“受陆岸影响浅水区台风风浪的计算方案”〔5〕,对部分受陆岸影响的汕头近岸区的台风波浪用计算机进行一次性的计算。

文献〔5〕给出台风风浪的计算公式,是以我国港口工程技术规范的波浪成长理论为依据,结合等效水深的概念及其计算方法〔6〕以及合田良实的方向波谱模式,并合理处理不同方向范围内的风区长度对计算点波浪能量贡献的基础上综合计算受陆岸影响处的台风风浪。

在华南近岸区,尽管台风过程出现波高较大值时的波型多属风浪,然而,在较浅水域特第15卷第4期

1997年11月海　洋　工　程T HE O CEAN EN GIN EER IN G V ol.15,No.4N ov ember ,1997

张经汉　男　59岁　研究员;　王盛安　男　38岁　高级工程师;　李少英　女　55岁　高级工程师;沈建平　男　33岁　助理研究员

别是可能出现极限波高的浅水区,不能忽视台风涌浪或混合浪的计算。本文取用汕头近岸区的多数计算点的水深小于10m,因此,计算该区的台风波浪必须依实际台风进行波浪后报。本文依Thompso n关于波型的判据〔7〕和华南近岸区波浪波型的统计结果〔8〕对台风中心至计算点的距离大于350km时,依下式求取有效波陡G R:

G R=e-〔ln V-3.84

0.558

〕(1)而

G R=H1/3

L1/3

(2)

这里,H1/3依台风中心至计算点的距离采用合田良实关于波型论述中不同的S m值(10,25到75)〔9,10〕计算波浪的能量,进而计算其波高。

由H1/3和式(1),(2),可得到有效波长L1/3,由L1/3和计算点水深d依式(3)得到有效波周期T1/3。

L1/3=g T21/3

2πth

2πd

L1/3(3)

依现场5场台风过程实测的波浪资料的统计结果式(4)求得波浪平均周期

T H

1%=T H

4%

=T H

13%

= 1.24T-(4)

对来自不同方向的波列叠加的情况,以式(5)计算合成浪的平均周期〔11〕

T-=

H21+H22

H21/T21+H22/T22

1/2

(5)

前面,已概述了台风过程后报特征波高与周期等波浪要素,于近岸区,后报台风波浪的能量随方向的分布是有重要意义的,为此,我们依据合田良实的深水风浪条件下(S m

=10)于浅水区S m值取(S m>15)的变化曲线,由后报深水区台风波浪的波长L0和浅水区计算点水深d以及波峰线与平均等深线的夹角T,以及式(6)～(8)之一得到计算点的S m值。

S m0= 2.17(d

L0

)-1.053 (T<15°)(6)

S m

30= 2.60(

d

L0

)-1.058 (15°≤T<45°)(7)

S m

60= 1.74(

d

L0)

-1.284 (45°≤T<75°)(8)

由计算点的后报S m值,可以得到波浪能量于主方向±90°范围内的分布状况。

为了检验本方法的计算效果,我们利用4场台风过程的实测波浪资料(图1)进行验证。以图2为例,实线为实测波高和周期,角度(如120、150……)为实测主波向。○为后报波高,●为后报台风波浪周期,方位(如E、ESE、SE……)为后报主波向(台风路径见图1)。由图2可见,无论台风过程波高和周期的变化趋势,还是台风过程出现的波高、周期最大值。后报值与实测值的吻合情形良好,图中显示,台风过程后报波高最大值和实测波高最大值均出现在9月14日04时,后报波高比实测波高大0.3m,与实测波高的相对误差+7.1%,相应周期的相对误差- 3.4%,后报主波向与实测主波向符合情况也是良好的;图3为实测波高最大值时(9315号台风)后报台风波浪的能量虚线与实测台风波浪能量实线随方向分布情形的比较,不难看出,除后报以风波浪的主波向比实测主波向偏E15°外,台风波浪总能量、能量的54 海 洋 工 程 第15卷

集中程度,最大能量值以及能量随方向的分布情形都差别不大

。

图1　6903和9315

号台风路径

图2　9315号台风过程波浪后报值与实测值

采用上述模式,对1949～1992年的44年间,后报点波高 1.0m 以上的所有台风进行波55第4期 汕头近岸区的台风波浪