风暴潮和海浪对山东半岛沿海海洋经济发展、居民人身安全以及海洋基础设施建设构成很大威胁。所以，研究风暴潮和海浪灾害对于提升海洋预报技术和提高海洋防灾减灾能力至关重要。本文针对山东半岛区域，对风暴潮过程进行模拟，并且评估了风暴增水以及海浪的危险性。主要研究内容及结果如下：

针对山东半岛区域，基于精细化的非结构三角形网格，建立了ADCIRC - SWAN耦合模式。针对耦合模式的输入风场模型Holland模型以及SWAN海浪模式的参数进行对比实验，并且采用各验潮站和浮标点的实测水位及波高数据，验证了耦合模式对于风暴潮、天文潮以及海浪模拟结果的准确性。

同时针对山东半岛沿岸进行敏感性实验，研究风暴增水、流场以及波高之间的相互影响。对9711台风和0703温带气旋的分析结果表明，在近岸区域，波浪效应主要表现为增水，且增水主要发生在波浪向岸传播区域；在考虑水位的情况下，有效波高的值是增加的；而流场对有效波高的影响很小。在远离海岸的区域，波浪效应的增减水很小；同样水位对波高的作用也较弱；流场对波高的影响大于水位的影响，当波向与流向夹角为锐角时，表现为波高减小，当波向与流向夹角为钝角时，表现为波高的增加，当二者垂直时，影响作用最小。

统计并采用耦合模式模拟了影响山东半岛的台风风暴潮和温带风暴潮过程，对风暴增水及海浪的危险性进行评估。对58次台风和110次温带气旋的研究结果表明，山东半岛沿岸台风浪危险性总体上南岸要大于北岸，而气旋浪危险性北岸大于南岸；风暴增水的危险性总体上北岸要大于南岸，环莱州湾沿岸附近的风暴增水危险性最高。

采用耦合模式进行了连续40年的模拟，对山东半岛沿岸海浪和风暴潮增水危险性进行评估。采用二元Gumbel逻辑模型计算风暴增水及其伴随波高的联合概率和联合重现期，评估了山东半岛两次温带风暴潮和两次台风风暴潮过程的风暴潮-海浪联合强度等级。结果表明，山东半岛沿岸风暴潮-海浪综合危险性整体上南北差异明显，北部沿岸的危险性要大于南部沿岸。温带风暴潮主要影响山东半岛北部地区，联合强度的确定以风暴增水为主导作用，而台风风暴潮更容易侵袭山东半岛南部地区，海浪对联合强度等级的决定作用更大。

第1章 绪论... 1

1.1 研究背景与意义... 1

1.1.1 风暴潮简介... 3

1.1.2 海浪简介... 5

1.2 国内外研究现状... 6

1.2.1 风暴潮数值模式研究进展... 6

1.2.2 海浪数值模式研究进展... 7

1.2.3 风暴潮-海浪相互作用研究进展... 8

1.2.4 风暴潮和海浪危险性研究进展... 8

1.2.5 山东省风暴潮和海浪灾害研究进展... 9

1.3 本文主要研究内容... 11

第2章 耦合数值模式构建与验证... 13

2.1 数值模式介绍... 13

2.1.1 风场模型... 13

2.1.2 SWAN模式... 14

2.1.3 ADCIRC模式... 15

2.1.4 ADCIRC-SWAN耦合模式... 17

2.2 数据介绍... 18

2.3 模式参数及配置... 20

2.3.1 Holland风场模型参数... 20

2.3.2 SWAN模式参数... 27

2.3.3 耦合模式参数设置... 30

2.3.4 耦合模式网格建立... 31

2.4 耦合数值模式验证... 32

2.4.1 天文潮验证... 32

2.4.2 风暴潮增水验证... 34

2.4.3海浪有效波高验证... 37

2.5本章小结... 38

第3章 风暴潮-海浪相互作用特征机理研究... 40

3.1典型过程风暴潮和海浪分布特征... 41

3.2敏感性实验设置... 44

3.3风暴潮和海浪的相互作用... 45

3.3.1波浪对增水的影响... 45

3.3.2 水位对波高的影响... 50

3.3.3 流场对波高的影响... 53

3.4 本章小结... 55

第4章 台风和温带气旋下海浪和风暴潮的危险性评估... 56

4.1 台风及温带气旋统计特征... 56

4.1.1 时空分布... 56

4.1.2 台风风暴潮和温带风暴潮强度对比... 60

4.1.3 典型风暴潮过程对比... 63

4.2 海浪及增水分布特征... 65

4.2.1 台风风场和海浪场空间分布特征... 65

4.2.2 山东半岛沿岸海浪分布特征... 68

4.2.3 山东半岛沿岸风暴增水分布特征... 72

4.3 危险性评估方法... 75

4.3.1 海浪和风暴潮强度等级划分... 75

4.3.2 海浪和风暴潮危险性指数计算... 76

4.4 海浪和风暴潮危险性评估... 77

4.4.1 海浪危险性分布... 77

4.4.2 风暴潮危险性分布... 82

4.5 本章小结... 86

第5章 基于长期连续模拟的风暴潮-海浪综合危险性评估... 87

5.1 数据及网格调整... 88

5.2 重现期计算... 89

5.2.1 风暴增水重现期计算... 89

5.2.2 风暴增水-海浪联合重现期计算... 92

5.3 风暴潮-海浪综合危险性评估... 95

5.3.1 风暴潮-海浪综合危险性计算方法... 95

5.3.2 风暴潮-海浪综合危险性分布... 95

5.4 单过程风暴潮-海浪联合危险性评估... 99

5.4.1 风暴潮-海浪联合强度等级划分... 99

5.4.2 典型过程风暴潮-海浪联合危险性评估... 99

5.5 极端过程的危险性... 104

5.6 本章小结... 105

第6章 结论与未来工作展望... 107

6.1 结论... 107

6.2 未来工作展望... 108

参考文献... 110

致 谢... 117

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果... 119