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物理学 > 大气与海洋物理

arXiv:2509.21329 (physics)
[提交于 2025年9月6日 ]

标题: 挪威海岸的海洋水动力分析降尺度——NORA-SARAH开放框架

标题: Down-scale marine hydrodynamic analysis at the Norwegian coast -- the NORA-SARAH open framework

Authors:Widar Weizhi Wang, Konstantinos Christakos, Csaba Pakozdi, Hans Bihs
摘要: 在近海波浪研究中,通常假设高斯过程和均匀的波浪场。 然而,当波浪接近海岸线时,复杂的海岸地形和水深变化会引起折射、绕射、反射和破碎等变化,导致非线性增强和特定地点的波浪特征。 这种复杂性需要详细的特定地点研究,以用于海岸基础设施设计和蓝色经济规划。 本研究提出了一种降尺度程序,用于分析从远海气象海洋条件到结构物的波浪-结构相互作用。 开源的NORA3和NORA10EI历史数据库定义了远海海况,这些数据通过相位平均波浪模型SWAN传播到近岸区域。 输出结果用于相位解析模拟,使用完全非线性势流求解器REEF3D::FNPF,结合任意欧拉-拉格朗日(ALE)方法,通过莫里森公式计算波浪力并筛选极端事件。 进一步使用完全粘性纳维-斯托克斯求解器REEF3D::CFD来研究极端波浪荷载。 势流求解器和粘性求解器之间的一向水动力耦合(HDC)确保了信息的准确传递。 所提出的NORA-SARAH框架将NORA数据库与SWAN、REEF3D、ALE和HDC相结合,为复杂的海岸环境提供了一种稳健的方法。 一项在挪威南部的案例研究表明,该方法优于传统的显著波高(Hs)为基础或相位平均建模方法,突显了这种降尺度方法的必要性。
摘要: Offshore wave studies often assume Gaussian processes and homogeneous wave fields. However, as waves approach the shoreline, complex coastal topo-bathymetry induces transformations such as shoaling, refraction, diffraction, reflection, and breaking, leading to increased nonlinearity and site-specific wave characteristics. This complexity necessitates detailed site-specific studies for coastal infrastructure design and blue economy planning. This work presents a downscaling procedure for analyzing wave-structure interactions from offshore metocean conditions. The open-access NORA3 and NORA10EI hindcast databases define offshore sea states, which are propagated to nearshore regions using the phase-averaged wave model SWAN. The outputs inform phase-resolving simulations with the fully nonlinear potential flow solver REEF3D::FNPF, incorporating an Arbitrary Eulerian-Lagrangian (ALE) method to compute wave forces via Morisons formulation and to screen for extreme events. Extreme wave loads are further examined using the fully viscous Navier-Stokes solver REEF3D::CFD. A one-way hydrodynamic coupling (HDC) between the potential flow and viscous solvers ensures accurate information transfer. The proposed NORA-SARAH framework, integrating NORA databases with SWAN, REEF3D, ALE, and HDC, offers a robust approach for complex coastal environments. A case study in Southern Norway demonstrates its advantages over traditional significant wave height (Hs)-based or phase-averaged modeling practices, highlighting the necessity of this downscaling method.
主题: 大气与海洋物理 (physics.ao-ph) ; 流体动力学 (physics.flu-dyn)
引用方式: arXiv:2509.21329 [physics.ao-ph]
  (或者 arXiv:2509.21329v1 [physics.ao-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2509.21329
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Widar Weizhi Wang [查看电子邮件]
[v1] 星期六, 2025 年 9 月 6 日 08:51:24 UTC (29,592 KB)
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