台风浪对浙江舟山的影响

夏璐一

栾曙光

张超

（大连海洋大学海洋与土木工程学院，大连116023）

0 引言

浙江省位于我国东南沿海，海岸线延绵曲折，岛屿星罗棋布，河口港湾众多，全省海岸线长度为6696km，其中大陆海岸线长2254km。[1]由于浙江省处于亚欧大陆与西北太平洋的过渡地带，每年夏、秋两季常遭受台风的侵袭。经统计，从1949年-2009年间在浙江省登陆的热带气旋共40个，影响浙江省的热带气旋有314个。[2]因此，研究台风浪对浙江舟山群岛的影响有着极为重要的现实意义。本文基于MIKE21 SW谱波浪模型，建立浙江省海域台风浪的计算模型，以登陆浙江省的强台风“卡努”和“麦莎”为例，对浙江省海域的台风浪进行数值模拟。在计算结果与波浪观测值相吻合的基础上，对计算结果进行分析讨论，为近岸台风浪预报和船舶回港避风的防灾减灾提供参考依据。

1 浙江省台风模型

1.1 台风风场模型参数 风场半径R的计算采用美国的Graham和Nunn提出的经验公式[3]

式中：R为最大风速半径；φ为最大风速与台风圆外法线之间的夹角；VF为台风中心移动速度；P0为台风中心气压。

1.2 台风浪模型的建立 本文采用丹麦水力研究所研制的软件MIKE21 SW（Spectral Waves FM）模型进行数值模拟。强台风“卡努”和“麦莎”的波浪模型是在强台风其风场模型的基础上建立的。

在笛卡尔坐标系下，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分别为波作用速度在地理空间（x，y）坐标中的变化，cσ表示由于水深和水流变化引起波速在频率上的变化，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数，以谱密度表示为

式中，Sin表示风输入的能量；Snl表示波浪间非线性作用引起的能量转移；Sds表示由白帽引起的能量损耗；Sbot表示由底摩阻引起的能量耗散；Ssurf表示由水深的变化引起波浪破碎产生的能量损耗。

1.3 台风浪模型的边界条件与网格划分 模型的边界条件分为陆地边界和开边界。陆地边界采用波浪全吸收边界，且边界对向岸流全反射，不考虑离岸流的作用。开边界采用自由辐射边界。本文建立的浙江省台风浪模型有3个开边界和1个陆地边界，边界条件设定见图1。风浪模型采用非结构化三角形网格，如图1所示。计算区域从福建省福清市起向北至上海市全水域，风浪场的计算区域为（119.41°E，25.54°N）～（128.42°E，32.42°N）。

图1 计算区域网格图

2 舟山的波浪特征分析

在舟山本岛8个方位选取水深-10m的位置点，位置点分别为 N（0°），NE（45°），E（90°），SE（135°），S（180°），SW（225°），W（270°），NW（315°），具体选点位置见图 2。

在强台风“卡努”和“麦莎”登陆之前，对舟山本岛各方向进行波浪分析，由图3可知，舟山本岛E向波浪最大，N向波浪最小。强台风“卡努”登陆前波浪最大值为2.05m，最小值为0.4m，强台风“麦莎”波浪最大值为1.39m，最小值为0.23m。

在台风登陆过程中，舟山本岛的E向靠近外海，水深较深，产生波浪值最大；舟山本岛N向距离台风中心最远，台风对N向影响最小，因此N向波浪最小。从图3可以看出台风移动过程中经过舟山本岛的E向和W向，舟山本岛W向波浪值小于E向波浪值，这是由于舟山本岛对台风有一定的阻碍影响，经计算知，舟山本岛使得台风引起的波浪削弱了35%左右。

图2 选取点位置图

图3 舟山波浪模拟值

3 结论

本文利用MIKE21 SW谱波浪模型，建立了浙江省附近海域的风场模型和台风浪模型，在与实测结果相吻合的基础上对强台风“卡努”和“麦莎”进行数值模拟与分析，得出舟山本岛E向波浪最大，N向波浪最小。舟山本岛的阻隔使得台风引起的波浪削弱了35%左右。

[1]楼东，刘亚军，等.浙江海岸线的时空变动特征、功能分类及治理措施[J].海洋开发与管理，2011（3）：11-17.

[2]朱业，丁骏等.1949-2009年登陆和影响浙江的热带气旋分析[J].海洋预报，2012，29（2）：8-14.

[3]邱大洪.工程水文学[M].北京：人民交通出版社，2007.