Abstract Downscaling broadscale ocean model information to resolve the fine-scale swash-zone dynamics has a number of applications, such as improved resolution of coastal flood hazard drivers, modeling of sediment transport and seabed morphological evolution. A new method is presented, which enables wave-averaged models for the nearshore circulation to include short-wave induced swash zone dynamics that evolve at the wave group scale (i.e. averaged over the short waves). Such dynamics, which cannot be described, by construction through wave-averaged models, play a fundamental role in nearshore hydrodynamics and morphodynamics. The method is based on the implementation of a set of Shoreline Boundary Conditions (SBCs) in wave-averaged models. The chosen set of SBCs allows for proper computation of the short-wave properties at a mean shoreline ( x l ) taken as the envelope of the actual shoreline. The suitability of the approach is assessed through implementation of the SBCs into the Regional Ocean Modeling System (ROMS) coupled to a spectral wave model (InWave for IG waves and SWAN for wind waves). As the aim is to assess the viability of the approach, the SBCs are implemented only through a one-way coupling to ROMS (i.e. ROMS forcing the SBCs). Four different test cases – with constant, periodic and bichromatic offshore forcing – are run to assess the model performances. The main results of the analysis are: (a) the proposed SBCs can well reproduce the shoreline motion and swash zone dynamics in there for all chosen tests (RMSE and BIAS less than 20 % up to a cross-shore resolution of 4.0 m ( L 0 ∕ 3 or L 0 ∕ 5 )) and (b) implementation of the SBCs allows ROMS to accurately simulate the swash zone flows even at a resolution 40 times coarser than that needed by ROMS with its own wet–dry routine to properly describe the same flows. The latter result clearly demonstrates the major computational advantage of using the proposed SBCs. We also show that most of the swash zone dynamics is due to the mean flow (i.e. incoming Riemann variable) and the local (at x l ) wave height. However, especially in the case of bichromatic waves, the swash zone water volume content also seems to play a crucial role.

中文翻译：

---

波浪平均海岸模型的波浪解析海岸线边界条件

摘要 对大尺度海洋模型信息进行降尺度以解析细尺度冲刷带动力学具有许多应用，例如提高沿海洪水灾害驱动因素的分辨率、沉积物运输和海底形态演化的建模。提出了一种新方法，该方法使近岸环流的波平均模型能够包括在波群尺度上演化的短波诱发的冲刷带动力学（即在短波上进行平均）。这种通过波浪平均模型构建无法描述的动力学在近岸流体动力学和形态动力学中发挥着重要作用。该方法基于在波浪平均模型中实施一组海岸线边界条件 (SBC)。所选择的一组 SBC 允许正确计算平均海岸线 (xl) 处的短波特性，作为实际海岸线的包络线。该方法的适用性是通过将 SBC 实施到区域海洋建模系统 (ROMS) 中来评估的，该系统与光谱波模型（IG 波的 InWave 和风波的 SWAN）耦合。由于目的是评估该方法的可行性，因此 SBC 仅通过与 ROMS 的单向耦合来实施（即 ROMS 强制 SBC）。运行四个不同的测试案例——具有恒定、周期性和双色离岸强迫——以评估模型性能。分析的主要结果如下：(a) 所提出的 SBC 可以很好地再现所有选定测试的海岸线运动和斜盘带动力学（RMSE 和 BIAS 小于 20%，直到跨海岸分辨率为 4.0 m（L 0 ∕ 3 或 L 0 ∕ 5 )) 和（b）SBC 的实施允许 ROMS 准确地模拟斜盘区流量，即使分辨率比 ROMS 需要的分辨率粗 40 倍，用它自己的干湿程序来正确描述相同的流量。后一个结果清楚地证明了使用所提出的 SBC 的主要计算优势。我们还表明，大部分斜盘区动力学是由于平均流量（即传入的黎曼变量）和局部（在 xl 处）波高。然而，特别是在双色波的情况下，斜盘区的水体积含量似乎也起着至关重要的作用。0 m（L 0 ∕ 3 或 L 0 ∕ 5 ））和（b）SBC 的实现允许 ROMS 以比 ROMS 需要的分辨率粗 40 倍的分辨率准确地模拟斜盘流，并且具有自己的干湿例程正确描述相同的流程。后一个结果清楚地证明了使用所提出的 SBC 的主要计算优势。我们还表明，大多数斜盘区动力学是由于平均流量（即传入的黎曼变量）和局部（在 xl 处）波高。然而，特别是在双色波的情况下，斜盘区的水体积含量似乎也起着至关重要的作用。0 m（L 0 ∕ 3 或 L 0 ∕ 5 ））和（b）SBC 的实现允许 ROMS 以比 ROMS 需要的分辨率粗 40 倍的分辨率准确地模拟斜盘流，并且具有自己的干湿例程正确描述相同的流程。后一个结果清楚地证明了使用所提出的 SBC 的主要计算优势。我们还表明，大部分斜盘区动力学是由于平均流量（即传入的黎曼变量）和局部（在 xl 处）波高。然而，特别是在双色波的情况下，斜盘区的水体积含量似乎也起着至关重要的作用。后一个结果清楚地证明了使用所提出的 SBC 的主要计算优势。我们还表明，大部分斜盘区动力学是由于平均流量（即传入的黎曼变量）和局部（在 xl 处）波高。然而，特别是在双色波的情况下，斜盘区的水体积含量似乎也起着至关重要的作用。后一个结果清楚地证明了使用所提出的 SBC 的主要计算优势。我们还表明，大部分斜盘区动力学是由于平均流量（即传入的黎曼变量）和局部（在 xl 处）波高。然而，特别是在双色波的情况下，斜盘区的水体积含量似乎也起着至关重要的作用。