南海台风条件下中等水深波谱建模与特征分析：L22模型在双峰谱拟合中的优越性

本研究针对南海台风区海洋工程安全需求，系统评估了GH98、APA19和L22三种双峰波谱模型对台风诱导波浪的模拟能力。通过分析"威马逊""山神""贝碧嘉"台风实测数据，发现L22模型在双峰/单峰谱拟合中均表现最优，显著降低有效波高(Hs)误差并建立谱宽(B)与峰增强因子(γ)的新经验关系，为台风区波浪能预测与海洋工程设计提供新工具。

　　

在南海这片被称作"台风走廊"的海域，每年肆虐的热带气旋不仅威胁着航行安全，更对蓬勃发展的海上风电、石油平台等海洋工程构成严峻挑战。传统波浪预测模型往往将台风期间的波浪简化为单一波峰结构（unimodal spectrum），但越来越多的现场观测表明，当狂风与远道而来的涌浪相遇时，海洋表面会形成具有双峰特征（bimodal spectrum）的复杂波谱——就像同时存在两个不同节奏的舞者，这种动态交互给工程结构带来难以预测的共振风险。

针对这一难题，由国家自然科学基金等项目支持的研究团队在《Ocean Engineering》发表最新成果。研究人员选取南海15米中等水深区域，利用Nortek AWAC剖面仪捕捉了2018年台风季"威马逊""山神""贝碧嘉"三个台风全过程的高精度波浪数据。通过对比GH98（Guedes Soares-Henriques 1998）、APA19（Akbari改进版）和L22（Liang 2022）三种双峰谱模型的性能，研究首次系统揭示了台风不同发展阶段波谱的演化规律。

关键技术方法包括：1) 采用0.05-0.60Hz频段2Hz采率的现场波浪观测；2) 基于JONSWAP框架的谱形优化算法；3) 引入无量纲化处理的L22模型参数化方案；4) 通过决定系数(R²)和偏差指数(DI)量化模型精度。

【研究结果】

对比分析显示，L22模型在台风各阶段均保持最优拟合性能：非台风期DI值较GH98降低42%，台风活跃期H_s误差控制在3%以内。特别在双峰谱最显著的台风增强阶段，L22能准确再现0.15Hz（风浪）和0.08Hz（涌浪）的双能量峰。

波谱演化呈现四阶段特征：台风形成前7天以0.25Hz高频风浪主导；台风生成后低频涌浪（0.07-0.10Hz）能量激增；台风过境时形成持续12-36小时的双峰结构；消散后回归单峰涌浪状态。L22模型对此动态过程的模拟R²≥0.90。

【结论与意义】
研究突破性地证实：1) 传统认为台风峰值期呈单峰谱的认知存在偏差，双峰结构实际可持续至最大强度阶段；2) 建立的B-γ经验关系将谱形参数化误差降低19%；3) L22模型的无量纲化设计使其在15-50米水深均具适用性。这些发现不仅修正了台风波浪演化理论，更直接服务于南海深水区导管架平台、浮式风电基础等工程结构的动力响应分析。正如通讯作者Yijun Shen强调的，该成果为"21世纪海上丝绸之路"关键节点的海洋防灾体系提供了精准的波浪预测工具。