Численное моделирование ветрового волнения

Монография посвящена систематическому изложению вопросов, касающихся численного моделирования эволюции ветрового волнения. Приведены основные уравнения статистического описания случайных волновых полей в спектральной форме Изложены важнейшие результаты теоретических исследований механизмов генерации, диссипаций и нелинейного переноса энергии по спектру волн. Обобщены эмпирические сведения об эволюции параметров ветровых волн.
Рассмотрены вопросы расчета интеграла нелинейных взаимодействий, дан анализ результатов конкретных расчетов, приведена новая параметризация всех механизмов эволюции ветрового волнения, а также классификация моделей, описаны принципы их тестирования и результаты испытания ряда моделей по системе тестов. На примере модели Морского гидрофизического института АН УССР обсуждены конкретные результаты расчетов волнения для прикладных целей.
Для научных сотрудников, инженеров, работающих с информацией о состоянии волнения в морях и океанах, и специалистов по численному моделированию.

Оглавление
Предисловие
Введение
Глава 1. Основные положения теории ветровых волн
1.1. Приближения теоретического описания поля волн
1.2. Статистическое описание волновых полей
1.3. Уравнения стационарной динамики волн в спектральной форме
1.4. Уравнения нестационарной динамики поверхностных волн
Глава 2. Математические модели основных механизмов эволюции ветровых волн
2.1. Общий вид модели
2.2. Механизм нелинейных взаимодействий
2.2.1. Трехволновое кинетическое уравнение
2.2.2. Четырехволновое кинетическое уравнение
2.3. Механизмы передачи энергии ветра волнам
2.3.1. Основные Положения теории
2.3.2. Аналитические модели генерации волн
2.3.3. Численные модели энергоснабжения волн
2.3.4. Механизм энергообмена волн и встречного ветра
2.4. Механизмы диссипации энергии волн
2.4.1. Вязкие потери энергии волн
2.4.2. Потери энергии волн за счет обрушений
2.4.3. Потери энергии волн за счет трения о дно
Глава 3. Эмпирические сведения об эволюции параметров спектра ветровых волн
3.1. Спектры волн и их параметры
3.2. Закономерности распределения интегральных характеристик
3.3. Закономерности эволюции формы спектров волн
3.3.1. Сведения о параметрах формы частотного спектра
3.3.2. Форма одномерного спектра и особенности ее эволюции
3.3.3. Форма двухмерного спектра
3.4. Сведения об эволюции волн зыби
Глава 4. Параметризация функции источника в спектральных моделях ветрового волнения
4.1. Параметризация механизма нелинейного переноса энергии по спектру волн
4.1.1. Метод расчета интеграла столкновений
4.1.2. Результаты расчетов нелинейного переноса энергии по спектру поверхностных гравитационных волн
4.1.3. Аналитические параметризации NL для одномодового спектра
4.1.4. Аналитическая параметризация NL для двухмодового спектра
4.1.5. Функциональные параметризации NL
4.2. Параметризация механизмов энергоснабжения волн ветром
4.3. Параметризация механизмов диссипации энергии волн
4.4. Функции источника конкретных моделей
4.4.1. Модель ВМО
4.4.2. Модель DNS
4.4.3. Модель EXACT-NL
4.4.4. Модель Соби Янга
4.4.5. Модель МГИ
Глава 5. Классификация моделей и тестовые расчеты на основе спектральных моделей ветрового волнения
5.1. Общие принципы исследования моделей
5.2. Классификация моделей ветрового волнения
5.2.1. Степень адекватности моделей
5.2.2. Терминологии проекта SWAMP
5.3. Тестовые задачи
5.3.1. Принципы составления тестовых задач
5.3.2. Тесты SWAMP
5.3.3. Тесты для описания волн зыби (тесты МГИ)
5.4. Настройка модели и тестирование на адекватность. Модель МГИ
5.4.1. Методика выполнения расчетов по настройке модели
5.4.2. Настройка модели на интегральные зависимости
5.4.3. Совершенствование модели
5.4.4. Общие выводы о закономерностях формирования и эволюции спектра ветровых волн
5.5. Результаты тестовых расчетов для различных моделей
5.6. Выводы
Глава 6. Численное моделирование ветрового волнения в прикладных целях
6.1. Основные цели и конкретные задачи прикладного численного моделирования
6.1.1. Возможные и реальные "области прикладного моделирования
6.1.2. Конкретные задачи прикладного моделирования
6.2. Расчет поля волн в северо-западной части Черного моря
6.2.1. Региональные особенности черноморской акватории
6.2.2. Анализ механизмов формирования анизотропных угловых спектров
6.2.3. Эволюция двухмерного спектра при повороте ветра
6.3. Расчет поля волн в Черном море для типичных полей ветра
6.3.1. Расчеты волнения по атласу ветра
6.3.2. Расчеты волн для экстремальных штормовых ситуаций
6.3.3. Расчеты волнения для стационарных циклонов в Черном море
6.4. Расчеты поля волн в Тропической Атлантике
6.4.1. Учет региональных особенностей
6.4.2. Расчеты волнения по факсимильным картам ветра
Приложение. Методы численного решения уравнения переноса и проверка их эффективности
Список литературы