基于间断伽辽金法的三维波浪-海流双向实时耦合模型DGCEMS-SWAN的开发与验证

本文推荐一种基于间断伽辽金法（DG）的三维波浪-海流双向耦合模型DGCEMS-SWAN，该模型通过无求积节点DG离散三维辐射应力（radiation stress）项，实现了不同维度和离散方法的模型耦合。相比传统有限体积（FV）耦合模型，该方案在波浪高度、沿岸流（longshore current）和离岸流（rip current）等动力学模拟中展现出更高精度，为海洋域波流相互作用研究提供了高效工具。

　　

亮点

本研究开发了基于间断伽辽金法（DG）的三维波浪-海流双向实时耦合系统DGCEMS-SWAN，通过无求积节点DG离散三维辐射应力项，为不同数值维度的模型耦合提供了创新方案。

测试与结果

通过5组实验室及野外案例（见表4）验证了波高模拟精度，并成功捕捉波浪增减水（wave setup）、沿岸流、离岸流等动力学特征，证实了波浪与海流动态反馈过程的双向耦合优势。

讨论

重点探讨了耦合时间步长的影响、耦合类型（双向/单向）的差异，并与基于有限体积法（FV）的FVCOM-SWAN模型对比，显示DG框架在模拟垂直流速结构（如表层向岸流与底层离岸流）方面具有显著精度提升。

结论

DGCEMS-SWAN通过三维辐射应力公式的DG离散，首次实现了全三维波浪-海流DG耦合建模，为海岸带动力过程研究提供了高精度工具。耦合频率实验表明：增加耦合次数可减少瞬态波动，但对稳态收敛影响有限。

（注：翻译保留原文术语如DG、FVCOM-SWAN等，并采用"波浪增减水""向岸流"等生动表述，省略文献引用标识）