台风条件下波浪破碎参数化方案的性能评估及其在近岸波浪模拟中的应用

本研究针对台风期间波浪模拟的精度问题，评估了WAVEWATCH-III (WW3)模型中8种波浪破碎参数化方案（BJ78、NE87等）的性能。通过融合HY-2、SMAP和AMSR2风场数据，结合CMEMS海流数据模拟台风"利奇马"和"雅吉"期间的波浪动态。结果显示LS17方案在浅水区（<200 m）表现最优（RMSE=0.5109 m，Cor=0.8748），为台风灾害预警提供了关键技术支持。

　　

在海洋工程和灾害预警领域，台风引发的极端波浪对近岸基础设施和航运安全构成重大威胁。然而，现有波浪模型在浅水区域的模拟精度仍存在显著局限，特别是波浪破碎过程的参数化方案选择直接影响模拟结果的可靠性。这一科学难题在超级台风频发的西太平洋区域尤为突出，传统参数化方案如BJ78（Battjes-Janssen 1978）常被报道存在浅水区波高低估问题。

中国的研究团队在《Journal of Sea Research》发表的最新研究中，创新性地系统评估了8种波浪破碎参数化方案在台风条件下的适用性。研究采用多源数据融合技术，将国产HY-2B卫星、美国SMAP辐射计和日本AMSR2的风场观测数据同化构建强迫场，同时整合欧洲CMEMS的实时海流数据，依托WW3模型对2019年台风"利奇马"和2024年超级台风"雅吉"期间的波浪场进行高分辨率模拟。

关键技术包括：1）多平台卫星数据同化构建三维风场；2）CMEMS提供的海表面流速和高度数据耦合；3）采用HY-2B卫星的SWH（Significant Wave Height）观测值和浮标数据进行双重验证；4）针对不同水深梯度（200-80 m、80-0 m）对比分析BJ78、LS17（Lamarre-Semenov 2017）等方案的性能差异。

研究结果揭示三个关键发现：

1. 浅水区方案优选：在<200 m的浅海区域，LS17方案展现出最优的统计指标，其RMSE（0.5109 m）较传统BJ78降低约40%，相关系数提升至0.8748。
2. 水深依赖性：当水深>80 m时，各方案差异不显著（偏差~0.5 m）；但在80-0 m的近岸带，BJ78出现系统性低估（最大偏差-2 m）。
3. 极端事件适用性：在超级台风"雅吉"案例中，LS17对13 m极浅水区的波峰捕捉能力显著优于其他方案，与浮标数据的最大差异仅0.3 m。

讨论部分指出，LS17方案的优势源于其对破碎波湍流耗散过程的改进表征，特别是在台风引发的非稳态波浪场中能更准确反映能量再分配机制。该研究为近海工程设计、台风灾害预警提供了关键参数化选择依据，推动建立了适用于中国东海陆架区的波浪模拟新标准。成果对提升"21世纪海上丝绸之路"沿岸国家的海洋灾害防控能力具有重要实践价值。