物理学 > 大气与海洋物理
[提交于 2010年12月30日
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标题: 风浪的数值模拟。 问题、解决方案、验证和应用
标题: Numerical Modelling of Wind Waves. Problems, Solutions, Verifications, and Applications
摘要: 场的时间-空间演化由二维波能谱密度S(x,t)的输运方程描述,该方程在空间x和时间t中展开。该方程具有一个称为源函数的强迫项F,F依赖于波谱S以及外部造波因素:局部风W(x, t)和局部流U(x, t)。源函数包含负责波谱演化的某些物理机制。它用于区分函数F中的三个项:风-波能量交换机制In;非线性波-波相互作用的能量守恒机制Nl;以及波能量损失机制Dis。源函数项的数学表示差异决定了波浪模型之间的总体差异。问题是根据基本波浪方程推导出上述源函数项的解析表达式。基于众多作者的出版物以及作者过去二十年的研究,已经构建了源函数F的所有主要项的优化版本。详细描述了这些结果。源函数的最终版本在学术测试任务中进行了测试,并通过将其纳入著名的风浪模型WAM和WAVEWATCH的数值壳层进行了验证。测试和验证程序被详细地呈现和描述。展示了所提出的新的源函数在计算精度和速度方面的优越性。最后,提出了该领域未来发展的方向,并展示了一些数值风浪模型可能的应用,旨在研究风浪物理和气候尺度上的全球风浪变化,包括风、波浪和上层水体之间的机械能交换。
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