هیدروفیزیک

هیدروفیزیک

بهبود شبیه‌سازی امواج در یک خلیج نیمه‌بسته با استفاده از اصلاح میدان باد ERA5 در مدل SWAN: مطالعه موردی خلیج بوتانی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 علوم غیرزیستی جوی و اقیانوسی، دانشکده علوم و فنون دریایی، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران
2 دانشکده علوم و فنون دریایی، دانشگاه هرمزگان
چکیده
شبیه‌سازی دقیق امواج در محیط‌های نیمه‌بسته و کم‌عمق، به دلیل پیچیدگی‌های هیدرودینامیکی و محدودیت دقت داده‌های باد ورودی، همچنان با عدم‌قطعیت‌های قابل توجهی همراه است. در این مطالعه، عملکرد مدل نسل سوم SWAN در شبیه‌سازی میدان موج در خلیج نیمه‌محصور بوتانی با تمرکز بر بهبود داده‌های باد ERA5 و تنظیم پارامترهای فیزیکی مدل مورد ارزیابی قرار گرفت. بدین منظور، داده‌های باد ERA5 ایستگاه هواشناسی ارزیابی و سپس با به‌کارگیری چندین روش اصلاح بایاس تصحیح شدند. در ادامه، داده‌های باد اصلاح‌شده به‌عنوان ورودی مدل SWAN مورد استفاده قرار گرفت و حساسیت مدل نسبت به سه بسته فیزیکی اصلی شامل KOMEN، WST و ST6 با ترکیب‌های مختلف ورودی باد، سفیدک رأس موج، اصطکاک بستر و شکست ناشی از کم‌عمقی بررسی شد. ارزیابی عملکرد مدل با استفاده از شاخص‌های آماری کلاسیک و نمودارهای تشخیصی دیاگرام تیلور، توزیع چگالی احتمال و نمودار Q–Q در چهار ایستگاه ساحلی با شرایط هیدرودینامیکی متفاوت انجام گرفت. نتایج نشان داد که پکیج WST در ایستگاه‌های بازتر و متأثر از امواج دورآ بهترین عملکرد را ارائه می‌دهد، در حالی که در ایستگاه‌های محافظت‌شده و کم‌عمق‌تر تنظیم هدفمند ضرایب سفیدک و کاهش سهم انرژی موج دورآ در پکیج‌های KOMEN و ST6 منجر به بهبود قابل توجه نتایج شد. به‌طور کلی، این مطالعه نشان می‌دهد که ترکیب اصلاح داده‌های باد ERA5 با روش‌های یادگیری ماشین و کالیبراسیون هدفمند پارامترهای فیزیکی SWAN، نقش تعیین‌کننده‌ای در افزایش دقت شبیه‌سازی موج در محیط‌های نیمه‌بسته دارد و استفاده از یک پیکربندی یکنواخت برای کل خلیج می‌تواند منجر به خطای سیستماتیک در برآورد انرژی موج‌شود
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Improving wave simulated SWAN model in a semi enclosed Bay using wind field ERA5 correction

نویسندگان English

Hosnieh Ghaemi Bajgan 1
Maryam Rahbani 2
1 Department of Marine and Ocean Science, Faculty of Marine Science and Technology, University of Hormozgan, Bandar Abbas, Iran
2 Department of Marine Science and Technology, University of Hormozgan
چکیده English

Accurate wave simulation in semi-enclosed and shallow environments remains associated with significant uncertainties due to hydrodynamic complexities and limitations in the accuracy of incoming wind data. This study evaluates the performance of the third-generation SWAN model in simulating the wave field in the semi-enclosed Botany Bay, focusing on the enhancement of ERA5 wind data and the calibration of the model's physical parameters. To this end, ERA5 wind data were first assessed using meteorological station observations and subsequently corrected through several bias adjustment methods. The corrected wind data were then used as input for the SWAN model, and the model's sensitivity to three main physical packages—KOMEN, WST, and ST6—was examined with various combinations of wind input, white-capping coefficients, bed friction, and depth-induced breaking. Model performance was evaluated using classical statistical indices and diagnostic plots such as Taylor diagrams, probability density functions, and Q–Q plots at four coastal stations with differing hydrodynamic conditions. Results indicated that the WST package performed best at more open stations influenced by distant waves, whereas at more sheltered stations, targeted adjustment of white-capping coefficients and reduction of distant wave energy contribution in the KOMEN and ST6 packages led to significant improvements. This study demonstrates that combining ERA5 wind data correction via machine learning methods with targeted calibration of SWAN's physical parameters plays a decisive role in enhancing wave simulation accuracy in semi-enclosed environments, and that employing a uniform configuration across the entire bay may result in systematic errors in wave energy estimation.

کلیدواژه‌ها English

waves
Semi enclosed bay
SWAN
ERA5 wind

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 29 فروردین 1405

  • تاریخ دریافت 13 دی 1404
  • تاریخ بازنگری 16 بهمن 1404
  • تاریخ پذیرش 12 فروردین 1405