Vagues dans la mer de Chine méridionale : Une étude de 53 ans

Cette étude se concentre sur les vagues en mer de Chine méridionale (MCM) en utilisant une méthode qui remonte sur 53 ans, de 1970 à 2022. Elle examine comment les vagues se comportent dans cette zone, surtout près de la côte du Guangdong en Chine. Comprendre ces vagues est crucial pour construire des structures côtières sûres, protéger les côtes et évaluer le potentiel énergétique des vagues. Prédire le Comportement des vagues aide à réduire leurs effets néfastes sur les plages, les bâtiments et les bateaux.

Les mesures en temps réel des vagues sont souvent limitées, ce qui rend les modèles numériques précieux pour créer des prévisions de vagues. Ces modèles peuvent recréer les conditions de vagues passées, ce qui est particulièrement utile pour les conditions océaniques dans la MCM. Ce document discute d'une approche de Modélisation spécifique qui utilise un système de maillage détaillé capable de détecter des caractéristiques complexes le long des côtes.

#Approche de Modélisation des Vagues

Notre approche utilise un modèle couplé à double sens, combinant deux systèmes numériques établis appelés SCHISM et WWMIII. SCHISM est conçu pour simuler les mouvements de l'eau, tandis que WWMIII se concentre sur le comportement des vagues. Cette méthode permet une interaction précise entre les vagues et les courants.

Le modèle utilise des données de vent provenant du dataset ERA5, qui est une collection de données météo complète. Pour améliorer la précision, nous avons comparé ces données avec des mesures satellitaires et apporté des ajustements pour réduire les biais. Nous avons également inclus les influences des marées en appliquant huit composants de marée différents aux limites ouvertes du modèle.

#Validation du Modèle

Pour garantir la fiabilité de notre modèle, nous avons comparé ses résultats avec des observations du monde réel. Nous avons utilisé des données provenant d'altimètres satellites et de mesures de bouées de vagues et de jauges de marée. En utilisant plusieurs méthodes statistiques, nous avons évalué dans quelle mesure notre modèle prédisait les hauteurs de vagues significatives, les périodes de pointe et les niveaux d'eau.

Nos résultats indiquent que cette méthode de prédiction des vagues offre de meilleures prévisions par rapport aux ensembles de données précédents. En particulier, elle a mieux fonctionné dans les régions côtières, montrant que le modèle peut capturer efficacement les interactions non linéaires entre les vagues et les courants.

#Importance des Modèles Haute Résolution

Utiliser des grilles non structurées permet au modèle de s'adapter à des côtes compliquées et des profondeurs variables. Les modèles basés sur des grilles traditionnelles ont souvent du mal dans ces scénarios. Le maillage non structuré fournit une résolution plus fine dans les zones où les vagues interagissent avec des caractéristiques côtières plus complexes, ce qui est essentiel pour des prévisions précises.

Divers modèles ont été développés pour étudier les prédictions de vagues, mais notre méthode utilise un maillage haute résolution qui est efficace tant pour les grandes régions que pour des zones plus complexes comme la MCM. L'accent mis sur une résolution détaillée près des eaux de Hong Kong améliore la précision des Simulations de vagues dans ces environnements difficiles.

#Contexte Historique des Études de Vagues

L'analyse historique des conditions des vagues en MCM n'est pas nouvelle. De nombreuses études ont été menées dans cette région, produisant des ensembles de données à long terme pour aider à comprendre le comportement des vagues au fil des décennies. Les études passées ont utilisé différents modèles et résolutions, mais notre approche propose une résolution plus affinée, en particulier dans les régions côtières, ce qui améliore la performance prédictive.

Les mois d'été et d'automne sont particulièrement remarquables en MCM en raison de l'impact des vents forts et des typhons. Ces tempêtes peuvent causer des dégâts importants aux structures côtières. Connaître la dynamique des vagues aide à planifier et à se préparer à de telles conditions météorologiques extrêmes.

#Configuration du Modèle

Le domaine de modélisation couvre la majeure partie de la MCM, s'étendant sur des longitudes et latitudes spécifiques conçues pour capturer la dynamique naturelle de la région. Un accent particulier a été mis sur la grande région de la Baie du Guangdong. La modélisation utilise un système couplé bidimensionnel à double sens qui intègre l'écoulement de l'océan et le comportement des vagues.

Pour assurer la précision du modèle, nous avons effectué des tests impliquant différentes tailles de maillage. Le maillage le plus performant nous a permis d'atteindre un bon équilibre entre la vitesse de calcul et la précision dans la capture des mouvements des vagues.

#Influences Météorologiques et Conditions aux Limites

Les conditions de vent influencent fortement la dynamique des vagues. Pour notre modèle, les données atmosphériques ont été obtenues à partir du dataset de réanalyse ERA5. Ces informations, associées aux données de marée, ont permis au modèle de simuler avec précision les conditions de vagues réalistes. L'intégration de ces facteurs a conduit à de meilleures prévisions de l'activité des vagues.

Les conditions aux limites tiennent compte des forces de marée en incorporant différentes harmoniques de marée, qui reflètent le comportement naturel de l'océan en MCM. Ces oscillations de marée jouent un rôle important dans la génération et la propagation des vagues.

#Performance du Modèle et Évaluation Statistique

Pour évaluer la performance du modèle, nous avons comparé ses résultats avec des mesures réelles prises depuis diverses bouées et stations de marée dans la région. L'évaluation statistique a impliqué plusieurs méthodes pour vérifier la corrélation et les écarts-types entre les données du modèle et les données du monde réel.

Nos résultats ont montré que le modèle pouvait reproduire de près les hauteurs de vagues et les niveaux d'eau réels, surtout au large. Dans les zones côtières, bien que les prévisions aient été légèrement moins précises, elles ont quand même fourni des informations précieuses sur la dynamique des vagues.

#Comprendre le Comportement des Vagues et ses Implications

Le comportement des vagues est essentiel pour la gestion côtière et le développement des infrastructures. En analysant comment les vagues se propagent et interagissent avec les niveaux d'eau, nous pouvons mieux concevoir des défenses côtières, améliorer les mesures de sécurité pour les opérations maritimes et évaluer les ressources d'énergie renouvelable provenant des vagues.

#Défis et Directions Futures

Bien que le modèle ait montré de bonnes performances, plusieurs défis demeurent, notamment en ce qui concerne les événements météorologiques extrêmes comme les typhons. Comparé aux conditions des vagues habituelles, modéliser ces situations extrêmes nécessite des simulations plus raffinées. Les efforts futurs devraient se concentrer sur l'amélioration des capacités de prédiction pour ces conditions sévères et l'incorporation de facteurs supplémentaires tels que les effets stériques et la modélisation tridimensionnelle pour une précision encore plus grande.

#Conclusion

En résumé, notre hindcasting des vagues haute résolution sur 53 ans fournit des aperçus essentiels sur les comportements des vagues en mer de Chine méridionale. Le modèle couplé à double sens capture efficacement la dynamique des vagues, particulièrement dans les régions côtières. En utilisant des techniques avancées et en validant nos méthodes par rapport à des données réelles, nous contribuons à la compréhension des conditions océaniques dans cette zone vitale. La recherche continue et le perfectionnement du modèle amélioreront les capacités prédictives, aidant à la résilience côtière et à la gestion des ressources.