覆盖中国沿海地区的精细化台风风暴潮模型的研究及适用

精细化风暴潮预报是目前风暴潮预报重点发展方向之一,本文首次建立起了一个覆盖整个中国沿海地区的精细化台风风暴潮数值模型,克服了以往分区域数值模型的不足,该模型在中国沿海地区的分辨率达到300m左右。模型采用了并行计算,并对2012年和2013年灾害性台风风暴潮过程进行了数值检验,计算精度和计算所用时间都能够满足业务化运行的要求。本文同时还根据中国气象局、美国国家气象局等5家主要台风预报机构给出的24h台风预报,对2013年度灾害性台风风暴潮过程进行了24h数值预报检验,检验结果表明:根据中国气象局台风登陆前24h预报可以得到更准确的风暴潮预报结果,其预报结果优于其他各家预报结果。该结论可以为今后的台风风暴潮预报中台风路径的选取提供重要的参考。

“天鸽”台风风暴潮预报及数值研究

介绍1713号"天鸽"台风风暴潮过程,并利用不同数值模型对整个台风风暴潮过程进行了后报检验,从风速和风暴潮实况角度发现中央气象台给出的台风强度弱于实况,并依据风暴潮实况分析出了"天鸽"台风可能的最大强度,指出"天鸽"登陆前后强度很可能已经达到超强台风级别,对于此类我国近海突变型台风风暴潮过程需要引起风暴潮预报工作者的高度关注。

辐射应力对台风风暴潮预报的影响和数值研究

台风过程期间,风暴潮和海浪是相伴相生的,相互作用的。波致辐射应力对于近岸风暴增、减水起着十分重要的作用,传统的海浪模式计算辐射应力耗时较多,不能满足业务化预报的要求。根据已有波浪辐射应力的理论表达式,经过严密的数学推导,适当的简化处理,提出了一个较为简单的波浪辐射应力表达式,并将其应用到业务化风暴潮数值预报模式中去,通过对两个影响粤西沿海的台风风暴潮过程模拟发现:考虑了波浪辐射应力作用后的风暴潮数值模式不仅物理过程更加完善,而且模式对风暴潮的模拟效果更好。

粤东沿海台风风暴潮特征及数值模拟

粤东地区是我国沿海经济较为发达的地区之一,也是遭受风暴潮灾害较为严重的地区,本文重点分析了自1969年以来40年间影响粤东沿海的典型风暴潮过程,并建立起了一个适用于粤东沿海地区的高分辨率的风暴潮数值预报模式。此模式采用变网格技术,在可以保证使计算区域足够大的基础上,又能实现对重点区域的河口、海湾等地形加密处理,精细地刻画出其周围地形,从而保证了计算的准确性。通过对历史上影响该地区较为严重的台风风暴潮的模拟结果来看,此模式对该区域台风风暴潮的模拟效果良好。同时也可以将该模式较好地推广应用到其他地形较为复杂的区域进行台风风暴潮预报。

温州洞头中心渔港精细化浪潮耦合数值预报系统研究

浙江温州沿海是我国台风风暴潮灾害的重灾区之一。本文基于目前国际上广泛应用的浪潮耦合模型(ADCIRC+SWAN),在洞头中心渔港附近建立了高分辨率的天文潮、风暴潮和近岸浪耦合数值预报系统。该系统综合考虑了天文潮、风暴潮和海浪的实时相互作用,系统对温州及洞头渔港区域的水平分辨率在100 m左右。通过近年来对温州洞头地区影响严重的台风风暴潮(含近岸浪)过程的后报模拟可以看到,该系统均能够较好的模拟天文潮的演进,准确的反映台风过程期间风暴潮、海浪的传播过程,精细化浪潮耦合预报系统采用了Matlab+GUI方式实现了计算结果的人机交互展示。

“20110901”温带风暴潮过程天气形势分析及数值预报研究

对2011年9月1日在渤海发生的一次较强温带风暴潮过程的成因及发展情况进行了深入的研究,并对此次温带风暴潮的预报情况进行了较为详细的数值研究分析和总结。从数值预报的结果来看,两套温带风暴潮数值预报模式都表现出较好的预报能力,特别是对于此类移动速度较为稳定的温带系统,预报时效可以延长到24 h左右。通过总结近10年来我国渤海典型温带风暴潮过程的致灾特点发现:冷空气和低压配合对渤海特别是渤海湾产生的温带风暴潮灾害性影响不容小觑,夏半年时更要注意中尺度对流天气叠加在气旋天气系统上对灾害的放大作用。

上游洪水对台风风暴潮过程期间长江口水位的影响研究

河口地区是河流与海洋相互作用的集中交汇区,也是上游洪水、天文潮和风暴潮等各种动力要素的综合作用区,该区域的水动力研究尤为复杂。长江作为我国第一大河,上游洪水对河口地区的影响尤其明显,特别是天文高潮、风暴潮与洪峰效应相叠加时(俗称"三碰头"),往往会对沿岸造成严重的海洋灾害。以长江大通水文站为上边界建立了一个适合于长江口地区的精细化天文潮、风暴潮和洪水耦合模型,通过对近年来影响长江口的典型台风风暴潮过程的模拟发现,耦合洪水后模型计算结果与实测更为吻合。通过理想数值实验,充分考虑天文潮、风暴潮和洪水的相互作用,定量分析了不同径流量对长江口不同区域的影响,并给出了在不同上游洪水流量和不同台风强度组合情景下,洪水对长江口地区水位的影响以及长江口地区可能出现的高水位。

滨海新区温带风暴潮灾害风险评估研究

建立了一套基于非结构三角网、适用于滨海新区的高分辨率风暴潮漫滩数值模式,在陆地区域分辨率达到50～80m,对两次典型的温带风暴潮进行模拟得到满意结果。计算了塘沽站19a平均天文高潮值并根据对历史天气过程的分析,选取制定了4个强度的天气系统,而后模拟得到不同强度下滨海新区的温带风暴潮最大淹没范围。综合考虑风暴潮淹没风险与承灾体脆弱性制作出滨海新区温带风暴潮灾害风险图。结果表明:大部分地区都存在风暴潮灾害风险,沿海地区风险大于内陆,其中天津新港、临港工业区、海河北岸地区、大港地区南部的灾害风险最大。

越洋海啸的数值模拟及其对我国的影响分析

简要介绍了地震海啸产生的物理机制、海啸波在大洋中的传播特性以及海啸所具有的超强破坏力可能引发的巨大灾害;概述了全球地震海啸发生的频率和太平洋区域历史海啸的时空分布;整理分析了我国沿海发生海啸的频次和空间分布。针对越洋海啸传播的特点,采用基于波浪追逐原理和自适应网格加密技术的海啸数值模型对1960智利海啸进行了数值模拟,将模拟的结果与历史记录进行了对比,验证了模型的可靠性。通过对数值模拟结果的分析,初步讨论了我国沿海地区越洋海啸的危险性,并定量阐述了越洋海啸对我国各海区的影响。

江苏沿海精细化风暴潮模式研究与应用

针对江苏沿海易遭受风暴潮影响的现状,分析了江苏历史上台风风暴潮灾害特征.选用Holland台风风场模型计算风场为强迫场,通过目前被国际上广泛接受的水动力模型ADCIRC建立台风风暴潮模式.建立的江苏海域精细化风暴潮数值预报模型,结合江苏沿海岸线和地形变化特点,采用非结构网格技术对研究区域复杂海域进行重点加密,选取历史上影响江苏沿海典型的四个台风,进行江苏沿海精细化风暴潮后报检验.通过对影响江苏海域的不同时期的台风风暴潮过程的数值预报检验可以得出:台风风暴潮数值预报模型的后报相对误差为18.3%,预报相对误差不大于20%,能够较好的预报风暴潮过程的发展,刻画不同台风过程引起的风暴增水过程,实现了江苏省沿海台风风暴潮的3d数值预报.

风暴潮、大潮对广西涠洲岛西南沙滩侵蚀的影响分析

本文统计分析了广西涠洲岛沿海气候、潮汐和风暴潮等历史资料,利用耿贝尔方法推算了涠洲岛多年一遇年极值高潮位,并估算了其漫滩范围分布,指出近几年高潮位出现的频次和极值均越来越高是涠洲岛西南部沙滩侵蚀愈加严重的重要原因,最后结合风暴潮-海浪耦合数值模拟了研究区域内"0312"号台风风暴潮漫滩的情况,分析了风暴潮和大潮对涠洲岛西南部沙滩侵蚀的影响,对当地岸滩修复和防护具有一定的指导意义。

福建中南部沿岸海域潮汐特征分析

利用2004、2007、2010年在福建中南部沿海长期验潮站和临时验潮站获取的实测逐时潮位资料,采用基于最小二乘原理的潮汐调和分析方法,分析了福建中南部沿岸海域18个验潮站的潮汐调和常数,并根据调和常数分析了沿岸海域潮汐特征.结果表明:福建中南部沿岸海域以向南传播的半日分潮为主,传播至浮头湾以南海域后衰减明显,对应平潭至浮头湾海域的潮汐性质为半日潮,古雷半岛以南海域为不规则半日潮混合潮;福建中南部沿岸海域自北部平潭向南至诏安,平均海平面升高约25 cm,潮差减小超过3 m,平均大潮差与平均小潮差之差也减小2 m左右,理论高潮位降低约1.5 m,而理论低潮位升高约2 m,潮时推迟约2 h.

闽江感潮河段潮汐-洪水相互作用数值模拟

本文分析了闽江感潮河段洪水、潮汐特征,利用高精度GIS数据建立了基于非结构三角网的高分辨率洪-潮耦合模型,在闽江口重点区域的网格分辨率达到50-100m。选取竹岐断面作为径流边界并基于＂2006.6.6＂洪水过程设计了3组数值实验,模拟结果表明：相比于只考虑洪水或者潮汐,在耦合洪水和潮汐后,各代表站的模拟值与实测值更为吻合;在30年一遇洪水的作用下,闽江感潮河段各断面的原有潮汐特征都不同程度地被洪水信号所影响,其中,文山里和解放大桥站表现出明显的洪水特征,而峡南、白岩潭和琯头站则表现出洪、潮混合特征;从峡南到琯头对应河段在高潮时段流速减小而低潮时段则流速增大,说明该河段存在很明显的洪-潮相互作用。

台风风暴潮异模式集合数值预报技术研究及应用

台风风暴潮数值预报的准确性在很大程度上取决于台风路径预报和强度预报的精度以及风暴潮预报模型的计算精度。目前,国际上24/48h台风路径预报平均误差分别约为120/210km左右[1],对于走向异常的台风误差更大;更有,根据单一的台风路径和单族的风暴潮数值预报模式并不能保证获得可靠的风暴潮预报结果。考虑多重网格法原理具有在疏密不同的网格层上进行迭代以达到平滑不同频率的误差分量,使得计算快速收敛,精度提高的特性。在前期研究基础上基于业务化高分辨率(结构网格/有限差分算法)和精细化(非结构网格/有限元算法)台风风暴潮集合数值预报模型构建多模型台风风暴潮集合数值预报系统。采用"非同族"模型进行集合预报很大程度上降低了误差相似遗传的可能性。应用该方法对典型台风风暴潮过程进行了试应用,试报结果表明:该方法对风暴潮增、减水预报效果高于单一集合预报,具有一定的应用前景。

福建沿海精细化台风风暴潮集合数值预报技术研究及应用

该文首先基于高级环流模型(ADCIRC)建立了一个适合台湾海峡及福建沿海区域的精细化台风风暴潮数值预报模式。利用所建立的精细化数值预报模式对影响台湾海峡及福建沿海的8次台风风暴潮个例进行了模拟,对模拟的24个站次的风暴潮增水峰值与实测值进行了对比,平均绝对误差小于15 cm;其次,为了尽可能减小由于台风路径预报误差而造成的风暴潮增减水误差,本文采用了集合数值预报技术,试报证明此方法可以在一定程度上减小风暴潮增减水误差。

台州沿海地区台风风暴潮淹没风险分析

台州市是我国遭受台风风暴潮灾害最为严重的地区之一,对台州地区进行风暴潮淹没风险分析对于该区域的海洋防灾减灾工作有着十分重要的意义。找出对整个评估区域各控制点均能产生较大增水的台风路径作为淹没风险分析的基础路径,同时为保守起见,保证每次台风过程的最大增水均叠加在当地天文高潮上,根据台风强度不同分为6个等级对应风暴潮的不同强度,评估分析六个不同等级的台风风暴潮叠加到台州当地天文高潮所产生的风暴潮灾害。评估中还充分考虑了实际一维海堤等对评估结果的影响,评估结果更加合理。从分析的结果来看,由于台州市区高程普遍偏低,一旦出现海水漫堤的情况,将会在评估区域内造成大面积的淹没,受灾程度视淹没深度和范围不同而不同。

温州近岸围堤对风暴潮漫滩影响的数值研究

利用一套基于非结构网格且能计算海水漫堤溢流的超高分辨率风暴潮漫滩数值模式模拟由9417号台风特大风暴潮引起的漫滩,结果与实测吻合良好。此外,选取超强台风强度并以9417台风路径为南路径,往北每间隔30km为中路径和北路径设计了3条台风路径,进行了一系列数值模拟得出:近岸围堤加大了风暴潮、漫滩淹没对温州的威胁,而且由南路径引起的漫滩深度和中路径引起的漫滩面积影响最大。究其原因,近岸围堤对外海风暴潮在温州近海及瓯江口传播的阻隔和分流作用,两者综合变相加大了风暴潮往瓯江口北侧海域、瓯江北口、瓯江中上游的输送量。

四象限非对称风场对风暴潮的改进研究

分析了Holland模型风场和四象限非对称模型风场的差异和适用性,基于ADCIRC模型建立了适合华南沿海的高分辨率风暴潮模式,将上述两种模型风场作为强迫场分别模拟1117号台风"纳沙"风暴潮过程,结果表明:在珠江口、琼州海峡岸段的风暴潮模拟有了较大的改进,究其原因是四象限模型相比Holland模型更灵活、能够更好刻画"纳沙"台风非对称风场结构,说明该风场模型可用于改进风暴潮数值模拟。

1409号和1415号台风风暴潮预报的数值研究

分析了1409"威马逊"和1415"海鸥"台风特点及风暴潮、潮位情况。给定较准确的台风特征参数并利用ADCIRC模式对两次台风风暴潮进行数值模拟,各站模拟与实测吻合良好,选取海南岛北部铺前湾作为重点岸段,利用秀英站的风暴潮模拟及北港岛灾后调查推断铺前湾口(P1)、湾顶(P2)输出点的风暴潮模拟值可信度高。对于环流范围较小的超强台风1409"威马逊",P1和P2的模拟最大增水明显高于秀英站,而P2又明显高于P1;对于环流范围较大的台风1415"海鸥",P1、P2的模拟最大增水与秀英站无显著差别。因此,台风特征的预报判断将是风暴潮预报的重要因素。

渤海典型温带风暴潮数值模拟及改进实验

分析了2010年渤海两次典型温带风暴潮过程及规律,发现沿岸的最大增水基本由北沿渤海西岸向南传播且各站出现最大增水时间有较稳定的滞后,利用一套基于非结构网格的高分辨率风暴潮模式(ADCirc)和NMEFC温带风暴潮模式(CES)分别对"20101212"强温带风暴潮过程进行数值模拟,对比分析其结果的优劣后提出基于测站风场数据合成的改进实验,改进后的模拟结果在增水趋势、峰值和峰值时间均有明显的改进,说明该方法在优化局部站增水方面具有一定的应用性。