【EDF开源CAE】使用TELEMAC-MASCARET对法国西海岸风暴潮的模拟

CAE璐姐

2021年5月25日 15:38

浏览：2237 评论：2

【EDF开源CAE】使用TELEMAC-MASCARET对法国西海岸风暴潮的模拟的图1

TELEMAC-MASCARET是法国电力集团（EDF）的法国国立水利与环境实验室开发的一款研究水动力学和水文学领域的高性能数值仿真开源软件。基于有限元法，使用不规则三角网格，让复杂的海岸线和河口的描绘更为精确。该软件可以构建1D，2D和3D水动力学模型以解决波浪传播, 波浪振动特性，水质污染，泥沙输运和海床形态变化等问题，拥有丰富的用户技术支持和广泛的工业应用及验证。

研究背景

风暴潮是由热带气旋或温带气旋等强烈的天气系统所带来的强风或气压骤变等对海面的作用而导致水位非正常上升的现象，持续时间从几分钟到几天不等，会造成倾覆海上船只、破坏海上设施、影响海上交通、淹没城镇村庄农田、造成人员伤亡等危害。

【EDF开源CAE】使用TELEMAC-MASCARET对法国西海岸风暴潮的模拟的图2

作为风险评估的一部分，我们可以使用数值仿真软件来模拟风暴潮事件，以研究所涉及的不同物理变量和过程。而为了绝对的安全着想，这样的模拟必须适用于极端风暴潮情况，特别是其产生的最大风暴潮高度，这也是本案例中我们最感兴趣的变量。

风暴潮形成的原因

风暴潮高度的定义是最大观测海平面高度与最大预测潮汐高度之间的差，最高可达到 7.5米，能够在海岸线上展开数百公里。这一差值主要由大气压力和海面风造成。

【EDF开源CAE】使用TELEMAC-MASCARET对法国西海岸风暴潮的模拟的图3

大气压力

由低压引起的海平面上升称为逆气压效应，这主要是由于大气重量的变化造成的，因为海洋表面支撑着其上方的大气，因此1kPa的压降将导致海平面上升10cm，这个值在海水较浅的海岸附近则会更大。且由于压力的动态影响，在浅海区迅速移动的低压区可能导致海平面大幅度上升。

海面风

当风吹过海洋时，会在海面产生洋流，并且会扩散到大约一百米的深度。在北半球，由于地转偏向力的影响，这一洋流会逐渐偏向右侧，在深海地区，表层洋流会与风的方向形成45°的角度，随着深度的增加，流向的偏离逐渐加大，流速则逐渐减小，到某一深度处，流速仅为表层流速的4%左右，这一深度被称为“Ekman深度”。在浅海地区，表层风海流流向偏离风向的角度小于45º，且深度越小，偏离角度也越小，在深度很小的海区，流向几乎与风向一致。

因此，风向相对于海岸的角度十分关键，如果其造成的洋流垂直于海岸线，则产生的潮水将比平行海岸线时更高。此外，潮水的高度也会随着风的加强而增加。