上海黄浦江及沿海高分辨率非结构网格风暴潮数值模型-海洋预报.pdfVIP

第27 卷 第2 期 海 洋 预 报 Vol.27 ，No.2 2010 年4 月 MARINE FORECASTS Apr.2010 上海黄浦江及沿海高分辨率非结构网格风暴潮数值模型 1,2 1 1 黄士力 ，徐 健 ，汪德爟 (1.河海大学环境学院，南京，210098 ； 2.上海市水务局，上海，200232) 摘 要：为提高复杂区域内风暴潮的预测能力，以上海黄浦江、长江口和沿岸近海为研究对象， 构建了基于浅水方程的风暴潮模型。模型运用HLLC 格式计算通量，具有高空间分辨率，能够模 拟风暴潮、天文潮、洪水等多重因素作用下潮水位过程变化。它采用了非结构的四边形和三角 形混合网格，适合应用于跨尺度河渠和河口等区域潮汐交互作用的分析模拟。为了验证模型， 开展了0012 号派比安台风和0509 号麦莎台风影响下的潮汐变化过程计算。结果表明，该模型能 够分析天文潮和台风组合作用下的潮水位变化，能够满足风暴潮预报要求。 关键词：风暴潮；非结构网格；有限体积法；数值模型；黄浦江 中图分类号：P731 文献标识码：A 文章编号：1003-0239 （2010 ）02-0038-06 构网格有限体积法建立了具有高空间分辨率的风 1 引言 暴潮数值预报模型，分析与预测黄浦江与长江口 区水域的天文潮与风暴潮共同作用下的非线性增 风暴潮灾害是沿海地区遭受的重大自然灾害 水，改进风暴潮预报技术。 之一。风暴潮如若遭遇上游洪水、天文大潮的相 互作用，会导致区域洪水与内涝，使人民的生命 2 非结构网格风暴潮模型 财产和国民经济遭受巨大损失。近年来，受全球 气候变化大背景的影响，风暴潮出现的频率、强 2.1 风暴潮的守恒型控制方程 [1] 度和经济损失都呈上升趋势 。为了减轻灾害，学 由径流、潮流和台风组合引起的复合流场可 者从多种途径对其的形成机制、发展过程开展了 以用二维水动力学方程来描述，其守恒型控制方 系统的研究。在此基础上，开展了风暴潮的数值 程组可写成如下向量形式： [2~3] 预报研究的众多实践,如 。但多数模型是基于矩 形网格和曲线拟合网格，难以精细模拟复杂的水 （1） 域边界。而非结构网格布设灵活，能够很好地拟 其中， , 是笛卡儿直角坐标系，为时间； 合边界，对于在小尺度的河道和较大尺度近海区 为方程的状态变量向量 [4~5] 域的风暴潮联合数值分析中具有明显优势 。 （ 为水深， 和 分别为 , 方向的流速）； 上海沿海及黄浦江水域岸线复杂，地形多 变。而且其风暴潮增水受洪水，天文潮等因素共 ， 同影响。研究表明上海沿海水域天文潮与风暴潮 分别为 ， 方向的通量向量 ； [6~7] 的非线性相互作用显著 。为此，本文采用非结