史劍，王璞,2，鐘中，張軍

（1.解放軍理工大學(xué)氣象學(xué)院，江蘇南京211101；2.72517部隊(duì)，山東濟(jì)南 250022）

兩種網(wǎng)格下的SWAN模式對(duì)黃渤海海浪模擬比較

史劍1，王璞1,2，鐘中1，張軍1

（1.解放軍理工大學(xué)氣象學(xué)院，江蘇南京211101；2.72517部隊(duì)，山東濟(jì)南 250022）

采用NCEP再分析風(fēng)場(chǎng)作為驅(qū)動(dòng)海浪模式的強(qiáng)迫場(chǎng)，在考慮相同物理過程和分辨率基礎(chǔ)上，SWAN海浪模式分別采用矩形網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格對(duì)2000年12月黃渤海海域波浪場(chǎng)進(jìn)行模擬，并將模擬的有效波高與海洋浮標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)作對(duì)比分析，結(jié)果表明，SWAN模式運(yùn)用兩種網(wǎng)格均能夠取得良好的模擬結(jié)果，相對(duì)矩形網(wǎng)格，非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格模擬有效波高效果較好，且能夠較好的刻畫復(fù)雜地形。最后，采用局部加密的非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格對(duì)黃渤海波浪場(chǎng)進(jìn)行模擬驗(yàn)證，分析表明非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格的局部加密方案可以進(jìn)一步提高加密區(qū)域的有效波高模擬精度。

SWAN海浪模式；非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格；有效波高

1 引言

海浪在海-氣相互作用研究中占有非常重要的地位，它是參與大氣底邊界層和上層海洋之間物質(zhì)、動(dòng)量和熱量交換的一個(gè)重要過程[1-2]。海浪的數(shù)值模式已被廣泛用于模擬海浪生成、傳播和發(fā)展規(guī)律，而且還是海浪預(yù)報(bào)的主要手段和工具。目前，比較成熟的海浪數(shù)值模式有第三代海浪模式 SWAN（Simulating Waves Nearshore）、WAVEWATCH等。其中SWAN發(fā)展到今天，已具有穩(wěn)定性好、計(jì)算精度較高等特點(diǎn)，且被廣泛應(yīng)用于河口、海岸和近海海域的海浪數(shù)值模擬。蔣小平等[3]應(yīng)用SWAN模式對(duì)Winnie（1997）引起的臺(tái)風(fēng)浪進(jìn)行模擬，將模擬的有效波高與TOPEX/POSEIDON和ERS-2衛(wèi)星高度計(jì)資料作對(duì)比分析，并分析了臺(tái)風(fēng)浪要素的分布特征，結(jié)果表明SWAN在模擬較大尺度的海區(qū)時(shí)能得到較好模擬效果。楊德周等[4]將SWAN模式應(yīng)用到渤海，發(fā)現(xiàn)SWAN中的Phillips線性增長部分的比例系數(shù)隨摩擦速度變化，引入了新的Phillips線性增長項(xiàng)公式，通過與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，表明改進(jìn)后的Phillips線性增長項(xiàng)更適用于渤海。梅嬋娟等[5]分別利用SWAN和WAVEWATCH模式對(duì)黃海區(qū)域進(jìn)行了理想情況和實(shí)際浪場(chǎng)的模擬計(jì)算，結(jié)果顯示，理想狀態(tài)下兩模式模擬結(jié)果在大小和空間分布上都不相同，但在大小及變化趨勢(shì)上相差不大，實(shí)際模擬中，SWAN模式模擬結(jié)果較WAVEWATCH模式好。胡克林等[6]利用曲線網(wǎng)格下的SWAN模式模擬長江口附近海域臺(tái)風(fēng)浪，通過浮標(biāo)實(shí)測(cè)資料驗(yàn)證，顯示有效波高模擬值與實(shí)測(cè)值符合良好，綜合分析模擬的波浪場(chǎng)表明SWAN模式能合理反映長江口附近海域臺(tái)風(fēng)浪分布。

目前，多采用嵌套技術(shù)獲得較高分辨率網(wǎng)格以達(dá)到提高數(shù)值模式模擬和預(yù)報(bào)精度的目的。SWAN40.81版本模式將采納非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格計(jì)算。為我們提供了另一種提高模擬精度的途徑。黃必桂[7]采用矩形網(wǎng)格的自嵌套方案和非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格局部加密方案對(duì)渤海海浪進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)使用非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格同樣可以達(dá)到自嵌套矩形網(wǎng)格模擬的精度。Jianhua Qi等[8]將非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格下的SWAN模式應(yīng)用于美國緬因海灣表面波浪模擬，表明非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格可以改進(jìn)網(wǎng)格對(duì)復(fù)雜的不規(guī)則海岸地形的空間匹配，采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的SWAN模式能夠較好的反映美國東北部近海表面波浪的空間和時(shí)間變化。本文將采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和矩形網(wǎng)格的SWAN模式應(yīng)用于黃渤海海域，比較不同網(wǎng)格下模式對(duì)中國黃渤海浪高的模擬能力。

2 海浪模式簡介

本文采用海浪模式SWAN的最新版本40.81對(duì)黃渤海海浪進(jìn)行模擬。SWAN模式采用波作用量密度譜 N（σ,θ），而不是能量密度譜 E（σ,θ）作為控制變量。這是因?yàn)樵诃h(huán)境流場(chǎng)存在的情況下，波流相互作用使得能量密度譜不再守恒，但波作用量密度譜卻是守恒量[9-10]。在直角坐標(biāo)系下，波作用量平衡方程描述為：

等式右邊的Stot是源匯項(xiàng)，其中Stot包括風(fēng)能輸入項(xiàng)、白冠耗散項(xiàng)、深度誘導(dǎo)破碎項(xiàng)、底摩擦耗散項(xiàng)、三波和四波波-波非線性相互作用項(xiàng)。

SWAN40.81版本提供了另一種網(wǎng)格形式——非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格，這種網(wǎng)格使用起來靈活性、適應(yīng)性強(qiáng)，尤其適合應(yīng)用于水深變化急劇和岸線復(fù)雜的近岸、近海區(qū)域。

圖1 22101浮標(biāo)實(shí)測(cè)風(fēng)矢量與NCEP再分析風(fēng)場(chǎng)插值到浮標(biāo)坐標(biāo)處的風(fēng)矢量比較圖

3 兩種網(wǎng)格下的黃渤海海浪數(shù)值模擬

3.1 數(shù)據(jù)資料

本文SWAN模式計(jì)算的輸入風(fēng)場(chǎng)來自購買的NCEP再分析風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)提供的風(fēng)場(chǎng)時(shí)間分辨率為3 h，空間分辨率為0.25°×0.25°。本文輸入風(fēng)場(chǎng)的時(shí)間段為2000年11月30日09時(shí)—12月31日23時(shí)，風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)范圍為115°—150°E，20°—50°N，完全覆蓋了整個(gè)黃渤海海域。

本文將NCEP再分析風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)插值到浮標(biāo)22101所在位置（126.01°E，37.14°N）的風(fēng)矢量與浮標(biāo)實(shí)測(cè)矢量相比較（見圖1），可以看出，時(shí)-空插值后的風(fēng)矢量與實(shí)測(cè)風(fēng)矢量大致符合。另外做了22101浮標(biāo)實(shí)測(cè)風(fēng)速與NCEP再分析風(fēng)場(chǎng)插值到浮標(biāo)坐標(biāo)處的風(fēng)速隨時(shí)間變化圖（見圖2），整體而言，NCEP再分析風(fēng)場(chǎng)可以較好的描述所取時(shí)間過程的風(fēng)速變化趨勢(shì)?？梢哉f，NCEP再分析風(fēng)場(chǎng)作為輸入風(fēng)場(chǎng)精度比較高，為海浪的數(shù)值模擬準(zhǔn)備了良好的前提條件。

圖2 22101浮標(biāo)實(shí)測(cè)風(fēng)速與NCEP再分析風(fēng)場(chǎng)插值到浮標(biāo)坐標(biāo)處的風(fēng)速比較圖

渤海為半封閉海灣，僅通過渤海海峽與黃海相通，黃海又與西北太平洋相通。黃渤海海域岸線崎嶇，島嶼眾多，地形、地貌較為多樣。本文使用的海岸線數(shù)據(jù)是美國國家地球物理資料中心NGDC（National Geophysical Data Center）提供的全球分級(jí)高分辨率岸線數(shù)據(jù)GSHHS（Global Self-consistent Hierarchical High-resolution Shorelines）。選用GSHHS中等級(jí)分辨率數(shù)據(jù)（Intermediate resolution data）進(jìn)行提取。水深數(shù)據(jù)是從NGDC提供的全球陸地海洋DEM高程數(shù)據(jù)ETOPO5中提取，空間網(wǎng)格分辨率為5'×5'。其水深分布見圖3。由圖可知，黃渤海海域大部分區(qū)域水深小于100 m，渤海海域大部分區(qū)域水深小于50 m。整個(gè)海域水深由陸地邊界向中央逐漸變深，其中山東、江蘇沿海等值線分布較疏，水深梯度較??；朝鮮半島南側(cè)、西側(cè)沿海等值線分布較密，水深梯度較大。第一島鏈附近水深梯度很大。

文中用于驗(yàn)證的實(shí)測(cè)資料來自2000年12月的兩個(gè)海洋浮標(biāo)資料，分別為22101（126.01°E，37.14°N）和22102（125.46°E，34.48°N），見圖3—4。

圖3 計(jì)算區(qū)域水深等值線分布圖

3.2SWAN模式的設(shè)置

圖4 觀測(cè)點(diǎn)位置

圖5 非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格（圖中藍(lán)色弧線為開邊界）

對(duì)于開邊界，波浪可以自由出入，開邊界上的能譜邊界條件是模擬時(shí)考慮的要素之一。盡管在本次實(shí)驗(yàn)所取的開邊界上無法獲取入射波的觀測(cè)數(shù)據(jù)，但在12月份的黃渤海區(qū)域，西北風(fēng)盛行并占有優(yōu)勢(shì)，從陸地吹向海洋，如果開邊界取的離模式輸出點(diǎn)足夠遠(yuǎn)，邊界上的波作用對(duì)模擬的影響很小。本文在模式計(jì)算中假定開邊界沒有波傳入計(jì)算區(qū)域。

實(shí)驗(yàn)的模擬時(shí)間從11月30日09時(shí)—12月15日00時(shí)，時(shí)間步長為1 h。模式初始化方法采用基于初始輸入有限風(fēng)場(chǎng)的JONSWAP譜，采用球坐標(biāo)系下的非靜態(tài)模式。為了減小初始狀態(tài)對(duì)輸出結(jié)果的影響，本文模式輸出從12月1日00時(shí)開始，輸出時(shí)間間隔為1 h，方向間隔取為10°，即36個(gè)方向，頻率范圍為0.05—1Hz。葛義軍等[11]認(rèn)為對(duì)于譜空間離散方案，不論取何種頻率范圍，模擬誤差基本上隨著方向間隔增大而增大，取較小的方向間隔可以有效提高模擬精度。

3.3 模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)資料的對(duì)比分析

為定量對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果和觀測(cè)資料進(jìn)行對(duì)比分析，本文采用了相關(guān)系數(shù)Cor、均方根誤差RMSE、平均絕對(duì)誤差MAE三個(gè)統(tǒng)計(jì)量，定義分別如下：

xi代表觀測(cè)值， yi代表模擬值，、分別代表觀測(cè)值和模擬值的平均值，N代表樣本總數(shù)。

在網(wǎng)格分辨率相同情況下，相同的機(jī)器配置，采用矩形網(wǎng)格計(jì)算用時(shí)1小時(shí)11分鐘，采用非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格計(jì)算用時(shí)2小時(shí)21分鐘，可見非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格單機(jī)運(yùn)算效率較低。圖3-6是兩種網(wǎng)格下的模式輸出有效波高分別與浮標(biāo)資料的散布圖，由圖可知，大多數(shù)點(diǎn)都在對(duì)角線附近，這表明兩種網(wǎng)格的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值均具有較好的相關(guān)性。圖6(a)、(b)散點(diǎn)分布較相近，但在某些波高實(shí)測(cè)值，比如0.5 m、0.7 m、1.5 m等處，圖6(b)比圖3-6(a)更靠近對(duì)角線，說明非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格的模擬結(jié)果較矩形網(wǎng)格有向好趨勢(shì)。圖3-6(c)、(d)則不顯著。由圖還可看出，浮標(biāo)22102處，兩種網(wǎng)格在1 m以內(nèi)小波高處的模擬值與實(shí)測(cè)值更為接近，而當(dāng)波高大于1 m，模擬值大部分小于實(shí)測(cè)值，總體上大部分點(diǎn)在對(duì)角線以下，表明浮標(biāo)22102處模擬值較實(shí)測(cè)值有低估趨勢(shì)。浮標(biāo)22101處兩種網(wǎng)格下模式模擬結(jié)果位于對(duì)角線以上的點(diǎn)較多，表明模擬值較實(shí)測(cè)值有高估趨勢(shì)。表1和表2給出了相關(guān)系數(shù)、均方根誤差和平均絕對(duì)誤差3種統(tǒng)計(jì)量。其中，非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)較矩形網(wǎng)格略有提高。此外，從誤差分析結(jié)果來看，非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格計(jì)算結(jié)果的均方根誤差、平均絕對(duì)誤差較矩形網(wǎng)格也都略有減小。綜合以上分析表明使用非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格后，SWAN模式的模擬能力有所提升。

表1 兩種網(wǎng)格模擬的有效波高結(jié)果與浮標(biāo)22101實(shí)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)、均方根誤差、平均絕對(duì)誤差

表2 兩種網(wǎng)格模擬的有效波高結(jié)果與浮標(biāo)22102實(shí)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)、均方根誤差、平均絕對(duì)誤差

圖6 矩形網(wǎng)格、非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格模擬結(jié)果與浮標(biāo)實(shí)測(cè)值的散布圖

圖7分別給出了兩個(gè)浮標(biāo)測(cè)站兩種網(wǎng)格下模式模擬的有效波高值和實(shí)測(cè)值隨時(shí)間變化對(duì)比圖。時(shí)間跨度從12月1日00時(shí)—12月15日00時(shí)共337個(gè)小時(shí)，模式每一小時(shí)輸出一個(gè)有效波高值。從兩個(gè)浮標(biāo)測(cè)站的對(duì)比圖可以看出，兩種網(wǎng)格下的模式模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)值均有良好的吻合，都能很好的體現(xiàn)出實(shí)際浪高的變化趨勢(shì)。整體上，當(dāng)有效波高在1 m附近或大于1 m時(shí)，模擬值普遍低于實(shí)測(cè)值；而當(dāng)有效波高小于0.5 m時(shí)，模擬值高于實(shí)測(cè)值。在波浪發(fā)展到第270小時(shí)至最后，有效波高大于1 m時(shí)的模擬值比實(shí)測(cè)值偏大，這在浮標(biāo)22101處體現(xiàn)的更明顯。從兩種網(wǎng)格模擬結(jié)果的對(duì)比分析來看，大多數(shù)時(shí)刻的模擬結(jié)果比較接近，但仍有一些差異。圖7a中，在第70—120小時(shí)的波高增長過程中，矩形網(wǎng)格模擬值增長較快，導(dǎo)致模擬值高于實(shí)測(cè)值。非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格增長相對(duì)滯后于矩形網(wǎng)格而更趨近實(shí)測(cè)值。在波高衰減階段，矩形網(wǎng)格模擬的波高衰減也比非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格稍快，從而低于實(shí)測(cè)值，而非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格更接近實(shí)測(cè)值。在隨后的第200—250小時(shí)、第270—300小時(shí)、第300小時(shí)至最后的波高變化過程中，當(dāng)矩形網(wǎng)格模擬值低于實(shí)測(cè)值時(shí)，非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格模擬值則高出矩形網(wǎng)格更接近實(shí)測(cè)值；當(dāng)矩形網(wǎng)格模擬值高出實(shí)測(cè)值時(shí)，非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格模擬值則低于矩形網(wǎng)格更接近實(shí)測(cè)值。這說明非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格較矩形網(wǎng)格更能使模擬結(jié)果有向好趨勢(shì)。圖7b中雖表現(xiàn)的不明顯，但依然有此趨勢(shì)。綜上所述，當(dāng)網(wǎng)格分辨率達(dá)到一定程度（此處取5'×5'），各物理過程考慮一致的情況下，兩種網(wǎng)格下的模式模擬結(jié)果比較接近，但計(jì)算網(wǎng)格的選取仍可一定程度影響到模擬結(jié)果的精度。采用非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格計(jì)算可以使模式模擬能力得到提升。

圖7 矩形網(wǎng)格、非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格模擬結(jié)果與浮標(biāo)有效波高實(shí)測(cè)值隨時(shí)間變化對(duì)比圖

圖8為兩種網(wǎng)格下模式模擬的黃渤海海域12月15日00時(shí)有效波高分布圖。由圖不難看出，兩種網(wǎng)格下模式模擬的黃渤海浪高分布情況比較一致，兩結(jié)果幾乎有著相同的浪高大值中心區(qū)域。在124°—125°E，38°—39°N這個(gè)海域，兩結(jié)果略有差異，非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格的浪高大值區(qū)域范圍較矩形網(wǎng)格有所縮小。相對(duì)矩形網(wǎng)格，非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格對(duì)地形的刻畫具有一定優(yōu)勢(shì)，比如，非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格的海岸線邊界與實(shí)際擬合較好，隨著海岸線邊界上節(jié)點(diǎn)密度加大會(huì)更符合真實(shí)情況；矩形網(wǎng)格的海岸線邊界多呈鋸齒狀，存在失真（見圖9）。從圖9（d）可看出，非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格對(duì)近岸島嶼刻畫較清晰；而矩形網(wǎng)格則無法表現(xiàn)。

4 非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格局部加密方案

由前文可知，在相同的網(wǎng)格分辨率下，計(jì)算網(wǎng)格的選取對(duì)模擬結(jié)果是有影響的。矩形網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格在關(guān)注區(qū)域均能達(dá)到良好的模擬效果，相比而言，非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格的整體模擬效果較優(yōu)于矩形網(wǎng)格。非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格的另一優(yōu)勢(shì)是可以對(duì)關(guān)注區(qū)域方便地進(jìn)行局部加密，而不用通過模式嵌套來實(shí)現(xiàn)。下文即采用非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格的局部加密方案試圖驗(yàn)證其模擬精度。另外，為減小開邊界的影響，我們把計(jì)算區(qū)域擴(kuò)大，使開邊界更遠(yuǎn)離模式輸出點(diǎn)。

局部加密非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格分辨率由外至輸出站點(diǎn)分別為：6'、2.5'、1'，見圖10。其中，共包含37602個(gè)節(jié)點(diǎn)和72701個(gè)三角形。模式所有參數(shù)設(shè)置同上文。用于驗(yàn)證的實(shí)測(cè)資料仍采用上文兩個(gè)浮標(biāo)測(cè)站的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。模式輸出從12月1日00時(shí)開始至12月15日00時(shí)結(jié)束，輸出時(shí)間間隔為1小時(shí)。

不加密非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格運(yùn)算耗時(shí)2小時(shí)21分鐘，局部加密非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格運(yùn)算耗時(shí)為5小時(shí)50分鐘?？梢娋W(wǎng)格點(diǎn)的增加使運(yùn)算效率降低。而比較兩者之間的相關(guān)系數(shù)、均方根誤差、平均絕對(duì)誤差可知，非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格局部加密方案可以提高模式的模擬精度，使模擬結(jié)果的均方根誤差、平均絕對(duì)誤差減小，模擬值和實(shí)測(cè)值間的相關(guān)系數(shù)增大（見表4）。

圖8 矩形網(wǎng)格、非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格模擬黃渤海海域有效波高圖 (單位：m)

圖9 矩形網(wǎng)格、非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格模擬黃渤海海域有效波高局部放大圖（單位：m）

相關(guān)系數(shù)、均方根誤差、平均絕對(duì)誤差

表3 浮標(biāo)22101處，不加密非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格、局部加密非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格模擬的有效波高結(jié)果間的

表4 浮標(biāo)22102處，不加密非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格、局部加密非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格模擬的有效波高結(jié)果間的相關(guān)系數(shù)、均方根誤差、平均絕對(duì)誤差

圖11中給出了不加密非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格和局部加密非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格模擬的有效波高隨時(shí)間變化對(duì)比，可以看出，非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格局部加密方案模擬結(jié)果更符合實(shí)測(cè)值。

5 結(jié)論

本文先通過對(duì)輸入風(fēng)場(chǎng)的驗(yàn)證，保證了具有較高精度的風(fēng)場(chǎng)輸入，在此基礎(chǔ)上分別采用矩形網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格下的第三代海浪數(shù)值模式SWAN對(duì)我國黃渤海海域有效波高進(jìn)行模擬。得出如下結(jié)論：

（1）海浪模式SWAN分別利用矩形網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格對(duì)黃渤海有效波高模擬的結(jié)果與浮標(biāo)實(shí)測(cè)資料均有較理想的吻合，表明運(yùn)用兩種不同網(wǎng)格，海浪模式SWAN都可以較好反映出黃渤海海域波浪變化情況；

圖10 局部加密三角網(wǎng)格

圖11 不加密非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格和局部加密非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格模擬的有效波高隨時(shí)間變化對(duì)比圖

（2）在模式各項(xiàng)設(shè)置和網(wǎng)格分辨率均相同的情況下，計(jì)算網(wǎng)格的選取仍可一定程度影響到模擬結(jié)果的精度。非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格相對(duì)于矩形網(wǎng)格可以使有效波高模擬結(jié)果的均方根誤差、平均絕對(duì)誤差減小，模擬值和實(shí)測(cè)值間的相關(guān)系數(shù)增大。這表明采用非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格較之矩形網(wǎng)格可以使SWAN模式模擬能力有一定程度的提升；

（3）較之于矩形網(wǎng)格，非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格可以不通過模式嵌套而實(shí)現(xiàn)對(duì)所關(guān)注區(qū)域局部加密，以保證關(guān)鍵區(qū)域的計(jì)算精度，進(jìn)一步有效提升模式模擬能力。但局部加密方案增加了計(jì)算量，使運(yùn)算效率有所降低；

（4）相對(duì)矩形網(wǎng)格，非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格對(duì)地形的刻畫具有一定優(yōu)勢(shì)。采用非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格，模擬區(qū)域海岸線邊界與實(shí)際擬合較好，近岸島嶼也較清晰，這在復(fù)雜海岸線地區(qū)體現(xiàn)的較明顯。矩形網(wǎng)格則有一定欠缺。

需要指出的是，在實(shí)際海洋狀態(tài)下，波-流相互作用和淺水區(qū)水位對(duì)水深的貢獻(xiàn)是不容忽視的[12]。本文應(yīng)用SWAN模式進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，雖較全面考慮到諸多物理過程，但并沒有考慮海洋環(huán)流和水位的影響。在今后工作中可以將海洋環(huán)流模式輸出的流場(chǎng)和水位提供給海浪模式SWAN，以期進(jìn)一步提高海浪模式模擬精度；本文的模擬研究僅限于黃渤海海域，僅選取了朝鮮半島西側(cè)海域的兩個(gè)浮標(biāo)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作為驗(yàn)證資料，模擬時(shí)段內(nèi)天氣過程比較平穩(wěn)，是否具有普適性還待做更多的個(gè)例研究。

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Comparison of ocean wave simulation with SWAN wave model using two kinds of computational grid in the Bohai Sea and the Yellow Sea

SHI Jian1,WANG Pu1,2,ZHONG Zhong1,ZHANG Jun1

(1.Institute of Meteorology,PLA University of Science and Technology,Nanjing 211101 China;2.72517 Troops of PLA,Jinan 250022 China)

Driven by the NCEP reanalyzed winds,the rectangular and unstructured triangular grids is applied respectively to the SWAN(Simulating Waves Nearshore)wave model based on the same physical processes and grid resolution to simulate the ocean wave field of the Bohai Sea and the Yellow Sea in December 2000.The simulated significant wave height is compared with the observed data from the buoys.The result demonstrates that the SWAN model used by both kinds of grids can reproduce reasonably the significant wave height.Comparing to that of the rectangular grid,application of the unstructured triangular grid can not only obtain better result,but also has the advantage of portraying the complex coastal regions.Moreover,a refined unstructured triangular grid is used by the SWAN model to simulate the ocean wave field,and the results show that the application of refined unstructured triangular grid can further improve the accuracy of the simulated significant wave height in the refined regions.

SWAN ocean-wave model；unstructured grid；significant wave height

P732

A

1003-0239（2011）04-0048-10

2010-10-26

史劍(1981-)，男，講師，主要從事海-氣界面動(dòng)力學(xué)研究工作。E-mail:shijian.mil@163.com