海啸波传播的线性和非线性特征及近海陆架效应影响的数值研究

浅水方程被广泛应用于海啸预警报业务及研究，而针对线性浅水方程与非线性浅水方程在不同海区水深地形条件下的适用范围、计算效率问题是海啸研究人员急需了解的。本文应用基于浅水方程的海啸数值预报模型就海啸波在南海、东海传播的线性、非线性特征以及陆架对其传播之影响进行了数值分析研究。海啸波在深水的传播表征为强线性特征，此时线性系统对海啸波幅的模拟计算具有较高的精度和效率，而弱的非线性特征及弱的色散特征对海啸波幅的预报影响甚微，可以忽略不计。海啸波传播至浅水大陆架后受海底坡度变化、海底粗糙度等因素影响，波动的非线性效应迅速传播、积累，与线性浅水方程计算的海啸波相比表现出较大差异，主要表现为：在南海区，水深小于100m时，海啸波首波以后的系列波动非线性特征比较明显，两者波幅差别较大，但首波波幅的区别不大，因此对于该区域在不考虑海啸爬高的情况下，应用线性系统计算得到的海啸波幅也可满足海啸预警报的要求；在东海区由于陆架影响，海啸波非线性特征明显增强，水深小于100m区域，首波及其后系列波波幅均差异较大，故在该区域必须考虑海啸波非线性作用。本文就底摩擦项对海啸波首波波幅的影响进行了数值对比分析，结果表明：底摩擦作用对海啸波首波波幅影响仅作用于小于100m水深。最后，该文通过敏感性试验，初步分析了陆架宽度及陆架边缘深度对海啸波波幅的影响，得出海啸波经陆架传播共振、变形后，海啸波幅的放大或减小与陆架的宽度及陆架边缘水深有关。