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台风登陆过程动力场的影响机制

时间:2023-08-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:利用TELEMAC水动力模型,模拟得到1409号强台风“威马逊”登陆前后海南岛近岸海域的流场、潮位及波浪场变化情况。台风期间波浪以较大的入射角进入部分岸段,可能引起较强的沿岸泥沙输运。台风“威马逊”从东南方向接近并登陆海南岛的东北部海岸,因此,在统计期间景心角以南的海域波浪主要是来自SE向,其次是基本垂直于岸线的ENE方向。WH2和WH3站的波浪方向比较相近,在台风登陆前波浪主要来自NE方向,在登陆之后则转变为NW-SW方向为主。

台风登陆过程动力场的影响机制

利用TELEMAC水动力模型,模拟得到1409号强台风“威马逊”登陆前后海南岛近岸海域的流场、潮位及波浪场变化情况。由于台风期间波浪和潮汐变化较大,因此,根据岸滩调查剖面的位置选取各剖面水下10 m(模型初始水深)处为模型结果的波浪和潮汐数据提取点,如图4-5所示。总体来看,台风引起风暴浪的范围较广,除了陵水角至莺歌嘴的南部海岸,台风“威马逊”期间海南环岛的岸外波浪都高于一般天气下的夏季波浪,受影响的岸线长度超过520 km(剖面N88~N132~N61,即莺歌嘴—澄迈湾—陵水角);而台风引起风暴增水的范围则相对较小,沿岸距离大约110 km的岸段(剖面N2~N24,即海口湾—铜鼓岭)出现了较为明显的风暴潮。

图4-5 TELEMAC模型模拟的台风“威马逊”期间海南环岛近岸海域

(a)有效波高;(b)潮位

风暴潮和风暴浪在海南岛沿岸的分布有显著的变化。由图4-5(a)可知,在台风登陆海南岛时(UTC时间2014年7月18日07:30左右),铜鼓岭至大花角部分岸段的波浪高度达到台风期间的最高值(7.5 m左右),之后大浪出现的位置逐渐向北移,景心角附近海域出现了8 m以上的狂浪,台风登陆之后在琼州海峡南部的南渡江口至临高角岸外的浪高达到6~7 m,临高角到昌化江的西部海岸岸外出现了5 m左右的巨浪。昌化江至莺歌嘴的海浪高度也较平静天气有所增高。由图4-5(b)可知,台风“威马逊”登陆海南岛期间恰逢天文小潮,然而在“威马逊”的强力作用下海南岛沿岸最大潮位在5 m左右,出现在海南岛东北部海南角—景心角岸段;海南角—南渡江口的岸段也发生了风暴增水,但以海南角为界,东侧岸段的潮位明显高于其西侧岸段的潮位;铜鼓岭至大花角的部分岸段也略有增水,由于增水出现在小潮期间,因此,增水后的潮位并没有高于一般大潮的潮位。图4-5(b)中台风之前平静天气下的潮位变化还可以得出,位于琼州海峡东口和西口的海南角和临高角,是海南环岛潮汐变化的两个转折点,同一时刻海南角以东和临高角以西各自为高潮和低潮,海南角和临高角之间逐渐过渡变化,南渡江则位于这个过渡变化的中点

在台风登陆前7.5 h时,景心角以南岸段的岸外波浪达到8~9 m,由景心角往西至琼州海峡波浪逐渐减小到2 m左右;此时潮位较低,由于岬角的挑流作用,景心角和海南角附近的流速比较大,琼州海峡及其口外的垂向平均流向为自东向西,海南角和景心角之间海域的流速较小,主要流向为自东南向西北;而景心角以南的岸外流场流向为自北向南,近岸海域流向较为混乱。台风登陆时,东北部海域的流场主要由东北朝西南方向流动,以海南角至景心角的岬角岸段为界分为两支:一支绕过海南角向西进入琼州海峡,在海南角周边形成强流;另一支经由景心角向南流去,形成快速的沿岸流;而此时海南角和景心角之间的浅水区域潮位超过4 m,沿岸的流速也有所增大。这时且在琼州海峡东口西流的驱使下,南渡江入海径流随之向海口湾方向流动;岸外海域自东向西传播的9 m狂浪抵达景心角附近海域,海南角以西海域的波浪逐渐减小。在台风登陆3.5 h后,潮位下降到正常大潮的高度,近岸波浪基本在4 m以下;海南角以东的流速有所减小,尤其是景心角以南的沿岸流流速大大减小;琼州海峡水流主要的流向仍是由东往西,但海口湾、南渡江口和铺前湾等海湾内的流场转为自西向东流动,流速有所增大。在台风登陆7.5 h后,潮位转为低潮;琼州海峡内流场开始转为自西向东流动、南侧近岸水域的东流流速也有所增大,并与景心角南侧自南向北流动的沿岸流在海南角会合然后继续北上;近岸的波浪也有所减小,大部分岸段的浪高在2 m以下。(www.xing528.com)

海南角东西两侧海域水深10 m左右的位置分别设置了3个站点,自东向西依次为:EH1(葫芦港外)、EH2(抱虎港湾)、EH3(海南角东南侧)和WH1(海南湾)、WH2(铺前湾)、WH3(海口湾),统计UTC时间2014年7月17日12:00—19日0:00这一时段内各站点模拟得到的潮位和波浪的情况,如图4-6所示。在海南角西侧的站点提取的数据,台风期间的最高潮位都低于海南角东侧站点的数据。而在海南角东侧台风产生的风暴增水抵消了天文低潮的潮位下降,使潮位高于平均海平面的状况持续了21 h左右;海南角西侧则没有这个情况。海南角东侧2.5 m以上波浪的持续时间基本超过1天,而海南角西侧站点的波高及2.5 m以上波浪持续时间则全部低于海南角东侧的站点。在海南角西侧,离岸较远的WH2站点的波高和风暴浪持续时间比WH1和WH3高,这可能是由于其所在位置是较为开阔的海域,风暴浪在传播过程中在此处的损失还比较小;水深更浅的近岸区域可能波高和风暴浪持续时间会有所减小。

台风期间波浪以较大的入射角进入部分岸段,可能引起较强的沿岸泥沙输运。台风“威马逊”从东南方向接近并登陆海南岛的东北部海岸,因此,在统计期间景心角以南的海域波浪主要是来自SE向,其次是基本垂直于岸线的ENE方向。景心角至海南角之间的波浪主要来自NE-E方向,这对于景心角西侧的岸段来说波浪入射角(EH2)较大,对于海南角东侧的岸段来说波浪的入射角较小(EH3)。由于波浪传播过程中受到地形的限制,海南角西侧的WH1站点在台风期间的主浪向是NNE,在台风经过海南岛以后一部分波浪方向转为W向。WH2和WH3站的波浪方向比较相近,在台风登陆前波浪主要来自NE方向,在登陆之后则转变为NW-SW方向为主。

图4-6 TELEMAC模型模拟的台风“威马逊”期间(UTC时间2014年7月17日12:00—19日0:00)海南角两侧近岸海域波浪和潮位统计结果

(a)期间最大潮位及潮位超过0 m的持续时间;(b)期间最大有效波高及有效波高超过2.5 m的持续时间;(c)期间波浪方向统计玫瑰

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