杭州湾及舟山海域可能最大台风风暴潮增水的数值研究

基于有限体积海洋模型(FVCOM)构建了一个覆盖中国渤海、黄海和东海的高分辨率风暴潮模型,模拟了1509号台风“灿鸿”引发的风暴潮事件,风暴潮水位模拟结果与实测数据吻合良好。基于最佳台风路径集数据集提供的风场和气压数据,建立了中国近海台风最大风速和最低中心气压的线性回归联系,相关系数达到0.96。在此基础上,以可能最大热带气旋参数为基础,构造了多种假想台风路径,计算了杭州湾和舟山海域的可能最大风暴潮增水。结果表明,沿垂直于海岸线方向登陆的台风在杭州湾和舟山海域引起的风暴潮增水极值最高。杭州湾湾顶可能最大风暴潮水位达8.76 m,舟山海域可能最大风暴潮水位达2.62 m。结果可为杭州湾和舟山海域海洋工程的风险评估和防灾减灾提供参考。

江苏沿海台风风暴潮特征分析

收集了1950—2022年影响江苏沿海的历史台风风暴潮过程资料,对引起江苏沿海台风风暴潮的台风路径进行了分类和分析,开展了江苏沿海台风风暴潮的月际分布和年际变化研究,提出了不同路径台风风暴潮的预报要点。结果表明:引起江苏沿海台风风暴潮次数最多的是外海转向型台风,占比高达44.3%,而正面登陆型台风最少,占比只有5.4%,但引起的增水量值最大;江苏沿海台风风暴潮在6—10月均有出现,8月出现次数最多;风暴潮强度等级为Ⅴ级(增水50~100 cm)的过程占比最多,为42.7%,而高潮位超警戒程度等级为Ⅳ级(超警戒30 cm之内或达到黄色警戒潮位值)的占比最多,为45.0%;风暴潮发生次数在近几年呈上升趋势,尤其是增水为50~100 cm的过程,高潮位超警戒或达到黄色警戒潮位值以上的过程在近20年只出现3次;在江苏沿海台风风暴潮的预报和应对中,需要重视可能正面登陆的和9—10月的外海转向型台风;8月和9月是江苏沿海出现风暴潮灾害可能性较高的月份,若这两个月的天文高潮与风暴增水叠加合适,极有可能出现达到黄色警戒潮位以上的高潮位。

1300—2019年江苏沿海风暴潮灾害时空分布特征

历史上江苏沿海曾频发2类风暴潮灾害,给当地带来了巨大损失。建立该地区长时间尺度的风暴潮灾害序列对了解过去与预测未来意义重大。以历史文献、地方志、海洋灾害公报等记载的风暴潮资料为基础,建立了风暴潮灾害识别体系,重建了1300—2019年江苏沿海风暴潮灾害序列,分析了风暴潮灾害时空变化规律,探究了其与气候异常和黄河、长江入海口变迁之间的关系。结果表明:江苏沿海地区主要受台风风暴潮灾害的影响,1300—2019年间共发生246次风暴潮灾害,平均周期为2.9年,且近100年来发生频率有增大的趋势;小波分析结果显示,风暴潮灾害年际变化存在17年、61年和115年的时间尺度周期,其中115年周期最为明显。海气相互作用影响下,厄尔尼诺活跃年江苏沿海台风风暴潮灾害偏少;气温与台风风暴潮灾害频次有一定的正相关性,但其影响机制尚不明确。盐城、南通和苏州为风暴潮灾害高发地区,常州和无锡发生频率较小。在气候变暖与江苏海岸冲淤变化的作用下,1855年后盐城和南通地区风暴潮灾害发生频率增加,连云港地区明显增加;随着海岸线的变迁与长江河口的演变,镇江、扬州、泰州与苏锡常地区受风暴潮灾害影响减少。

风暴潮灾害影响下广东省滨海城市生态脆弱性评价

开展广东省滨海城市生态脆弱性评价研究,可以优化研究区域的生态环境措施,降低生态风险,进而促进沿海城市的可持续发展。因此量化评估城市生态脆弱性,掌握其生态脆弱性分布情况,是本研究的核心问题。研究选取广东省14个滨海城市,结合广东省风暴潮灾害情况,基于“生态敏感性-生态恢复力-生态压力(SRP)”模型构建评价体系,分析研究区域生态脆弱性状况、空间分布特征及其影响因素。结果表明:①广东省滨海城市生态脆弱性存在较大差异,生态脆弱指数相差0.369,深圳市生态脆弱性最大,阳江市生态脆弱性最小;②广东省滨海城市生态脆弱性空间分布呈中间高,两边低的空间分布特征;③各地区生态脆弱性的影响因素有所不同,这和各地区经济发展水平、开发建设程度、生态状况和受灾程度紧密相关,其致使各城市在敏感性、恢复力和压力表现不同。

2000—2022年严重影响珠江口的台风暴潮增水规律分析

台风暴潮严重影响社会经济发展,近年来在珠江口呈愈发严重的趋势。结合珠江口风暴潮特点定义了严重影响的风暴潮等级,筛选2000—2022年严重影响珠江口的热带气旋,对时空分布、路径、结构、极端风暴潮等特性进行分析,结果表明:①严重影响珠江口的台风暴潮每年发生0~2次,7—9月尤其是8、9月为珠江口防台关键期;②珠江口风暴潮遭遇天文潮概率具有一定随机性;③西北或西北偏西方向路径行进,珠江口以西、尤其是珠海至茂名一带登陆、登陆时中心风力达12级或以上的台风最易给珠江口带来严重风暴潮;④珠江口以西登陆的12级或以上的台风,登陆点距珠江口近的,即使风圈结构较小,也易导致严重风暴潮,但登陆点距离更远的,若风圈很大,同样会导致严重风暴潮;⑤珠江口极端风暴潮强度呈增强趋势,台风结构和路径特点存在一些共性和差异,其风暴潮增水过程特点其结构路径变化特点相一致,上游来水、天文潮状态和遭遇降雨情况均会影响风暴潮上溯过程。研究成果可为珠江口未来的风暴潮预报及防御工作提供借鉴。

钱塘江风暴潮预报系统研制

基于C/S与B/S相结合的架构研制了钱塘江风暴潮预报系统,以二维天文潮、风暴潮耦合实时预报模型为核心,通过台风参数输入可迅速预报钱塘江河口台风暴潮的潮位过程、最高潮位及其潮位时刻等特征值。多次台风运行验证结果表明,该系统具有风暴潮预报、信息查询、方案比较等功能,且运行稳定、操作方便快捷、预报精度较高,可供借鉴。

渤海的风暴潮

风暴潮是海岸带地区经常发生的自然灾害,本文以渤海为研究区,从风暴潮概况、类型划分、形成过程及成灾因素等方面对风暴潮进行了介绍,以期提高民众对于风暴潮的认识和灾时自救能力,降低风暴潮造成的人员生命和财产损失,同时亦可为渤海风暴潮的预测及灾害防治提供科学依据。

风暴潮浪作用下海上风机动力特性参数演化规律

为测试风暴潮浪作用下海上风机动力特性参数的演化规律,研制出能同时模拟水平波浪荷载、脉动风荷载以及潮汐现象的动力参数测试装置,该装置分别采用推板造波机、风荷载模拟系统、生潮系统分别模拟行进波浪、脉动风荷载和潮位的异常升降,利用动力参数测试系统测试得到风暴潮浪作用下海上风机动力特性参数演化规律。以美国马萨诸塞州(MA)和特拉华州(DE)近海海域50年一遇风暴潮时水动力、风力参数为背景,根据Froude相似准则设计模型试验,测试风暴潮浪作用下海上风机自振频率f的演化规律,并与折减p-y曲线法、折减埋深法得到的结果对比分析,结果表明:f随风暴潮浪作用时间t的增加逐渐减小,且f的衰减程度与风暴潮浪强度呈正相关。折减p-y曲线法低估了风暴潮浪作用下f的衰减程度,试验方法所得的f与折减1d埋深法得到的结果相近。

基于神经网络的风暴潮增水对海岸带城市排水的影响分析--以青岛市为例

本文以青岛市为研究区域,以0509台风风暴潮增水水位数据为基础,基于BP(Back propagation)神经网络,考虑地形地势特性中易涝因子,并结合水文分析提取入海排水口的空间分布,对青岛市沿海岸排水受风暴潮影响的区域进行预测,并进一步结合青岛市沿海岸,系统探讨气候变化背景下风暴潮增水对青岛市沿海岸排水的影响。结果表明:除风暴潮增水直接侵袭至陆地内侧区域,青岛大江口湾岸段、浮山湾岸段、汇泉湾岸段、青岛湾岸段、胶州湾东南侧岸段海泊河沿岸等区域在各类情景下排水受风暴潮增水影响较大。

沿海地面沉降对风暴潮作用下洪水淹没影响的析因试验

地面沉降会加剧沿海地区潮灾风险。基于验证良好的MIKE 21水动力模型预测珠海市未来地面沉降和风暴潮影响下洪水淹没情况,引入并设计析因试验以量化地面沉降和风暴潮对洪水淹没的单独效应、主效应和交互效应。结果表明:珠海市地面沉降在平沙镇东北至白蕉镇西南呈条带状分布,对洪水淹没存在空间“放大效应”。地面沉降和风暴潮交互作用会加剧鸡啼门水道和泥湾门水道两侧洪水向内陆演进的趋势;与内陆相比,沿岸农田和水产养殖区的淹没对地面沉降更为敏感。交互作用时两个因素的单独效应均增强,二者对洪水淹没存在正向协同交互作用。未来100年地面沉降情景下,地面沉降主效应约为风暴潮主效应的1.11~29.49倍,这表明地面沉降在淹没效应中占主导地位,在预测未来风暴淹没时须考虑地面沉降的影响。

1950-2003年中国近海历史风暴潮增水时空特征

风暴潮是中国沿海最严重的自然灾害之一。对1950-2003年中国沿海67个站点的风暴潮增水数据进行了统计和分析,得到了中国沿海风暴潮增水的时空分布。研究发现,无论在频次还是在强度上,东南沿海都是中国沿海风暴潮灾害最严重的区域,风暴潮强度集中在Ⅲ级、Ⅳ级和V级,其中长江口和杭州湾风暴潮增水较大。此外,风场路径和天文潮潮汛对风暴潮增水的影响显著;以定海站点为例,在125°E以西转向的热带气旋对该站点风暴潮增水影响最大,风暴潮增水的极值时刻绝大多数在大潮时刻,潮汐时刻多在天文低潮前后。研究结果可为风暴潮风险评估和防灾减灾提供参考。

海南岛周边海域台风风暴潮-海浪耦合作用机理研究

本文使用ADCIRC+SWAN耦合模式,针对海南岛特殊地形,建立了基于非结构网格的高分辨率风暴潮-海浪耦合模型。针对在海南省造成严重风暴潮灾害的0518号台风“达维”,开展台风期间风暴潮-海浪耦合与非耦合数值模拟实验,探讨了水位、流场对波浪的影响和台风特征参数对海南岛台风风暴潮与波浪耦合效应的影响。结果表明:(1)水位影响在近岸浅水区主要表现为使台风浪的有效波高增加;(2)当风向、流向与平均波向之间夹角为锐角时,流场作用使有效波高降低,当流向与平均波向之间夹角为钝角时,流场作用使有效波高增大;(3)波浪耦合效应对风暴潮的影响是不可忽视的,贡献率约在14.2%;(4)当台风强度达到55 m/s或台风尺度达到50 km,波浪增水效应基本达到饱和。本文的研究对台风风暴潮高质量数值模拟预警及保障沿海地区生产生活有重要意义。

台风风暴潮与上游洪水耦合作用下温州飞云江感潮河段潮水位模拟研究

在全球气候急剧变化的背景下,沿海地区风暴潮发生的频率与受灾程度逐渐增加,特别是受风暴潮与上游流域洪水共同影响下的河口感潮河段区域。尽管现有风暴潮模型也引入多种不同的边界设置,但提供的边界条件有限,且无法满足当前国内复杂水工程的概化需求。为此,文章以飞云江流域为研究对象,通过耦合上游流域水动力模型IFMS与海洋风暴潮模型ADCIRC模式,充分发挥二者各自的优势,构建河口感潮河段洪水演进模型,实现飞云江感潮河段潮水位时空模拟。该模型不仅有效地考虑了河口海洋处风暴潮上溯对感潮河段区域洪水演进的影响,也考虑了流域上游洪水对该区域的影响。首先,采用2016年台风“鲇鱼”对模型进行验证,模拟结果与实测系列吻合度较高,误差满足基本要求。然后,对台风“杜苏芮”和“卡奴”影响下的瑞安、马屿、碧山六桥及洞头4个潮位站的洪水过程进行模拟,结果显示4个站点的洪峰误差值均低于0.30m,纳什系数大于0.80,表明该模型能较好地反映高低潮位变化,可应用于河口感潮河段防灾减灾中。最后,还分析了上、下游边界的驱动作用对感潮河段3个站点(瑞安、马屿、碧山六桥)潮水位预测的影响,证明了下边界对3个站点的潮水位预报影响比上边界的影响大。研究成果不仅为河口感潮河段洪水模拟提供了一种新方法,而且通过分析给出提升模型模拟精度的方向。

我国沿海的风暴潮

风暴潮的定义风暴潮（ｓｔｏｒｍｓｕｒｇｅ）系指由于强烈的大气扰动（强风和气压骤变）引起的海面异常升高现象。它具有数小时至数天的周期，叠加在正常潮位之上，而风浪、涌浪具有数秒或十几秒的周期，叠加在前二者之上。由这三者的结合引起的沿岸涨水常常酿成巨大灾害...

基于韧性视角的福建沿海风暴潮风险综合评估研究

本文基于城市安全韧性三角形模型,构建韧性城市视角下的风暴潮灾害综合风险评价框架,采用2011—2020年福建省33个沿海县(区、市)数据,通过城市适灾韧性评价指标体系,科学评价福建沿海城市适灾韧性水平时空分异特征,借助地理信息分析工具,综合风暴潮灾害危险性、脆弱性和城市韧性的评价结果,实现福建省域尺度风暴潮灾害综合风险区划。结果表明:(1)福建省2020年沿海城市适灾韧性水平从高到低依次为:福州、厦门、漳州、泉州、宁德、莆田;(2)随着各沿海城市适灾韧性水平的稳步提升,福建省风暴潮灾情等级指数呈下降趋势;(3)风暴潮综合风险I级区主要分布在莆田的兴化湾、湄洲湾沿岸;(4)在灾害防御建议方面,应重点关注河口、喇叭型湾口等地区,应重点防范北部路径和中部路径的台风风暴潮,应因地制宜制定海洋防灾减灾对策和韧性城市建设规划。

基于ArcGIS Engine的风暴潮淹没适应气候变化策略辅助决策系统开发

本研究构建了基于ArcGIS Engine的风暴潮淹没适应气候变化策略辅助决策系统,将风暴潮淹没适应气候变化策略研究过程流程化和简单化,并提供7个面向用户开放的决策端口,辅助决策者做出科学的风暴潮淹没适应气候变化策略选择。以青岛市风暴潮淹没为例的系统应用,进一步验证了该系统能够切实提高研究过程的分析效率,为中国沿海地区的适应风暴潮灾害提供技术支持。

基于机载LiDAR的风暴潮过境前后海岸滩涂侵蚀监测

本文以广东饶平县金狮湾沙滩为研究区,首先利用机载LiDAR测量设备对研究区风暴潮过境前后的海滩滩涂进行数据采集,评定LiDAR点云数据精度;然后利用获取的点云数据制作DSM,并处理得到海岸滩涂的高程较差,分析风暴潮过境前后海岸滩涂的侵蚀变化情况。结果表明,两次LiDAR点云数据高程中误差分别为2.8和5.4 cm;研究区海岸滩涂风暴潮过境后呈现出西部小面积侵蚀、其他区域淤涨的变化。该研究可为风暴潮及海岸侵蚀等海洋灾害现场调查提供可靠、准确的数据支撑。

渤、黄海天文潮—风暴潮相互作用及其对极值水位的贡献

基于Delft3D模型建立了中国渤、黄海风暴潮数值模型,选取1979—2020年影响该海域的93场风暴过程(包括台风、寒潮和温带气旋),模拟了所产生的风暴增水和风暴潮总水位。采用泊松—皮尔逊复合极值分布理论,推算了渤、黄海对应不同重现期的极值水位;通过数值试验,对天文潮—风暴潮非线性相互作用对极值水位的贡献进行了量化分析。研究结果表明,渤海的莱州湾、渤海湾,以及黄海的江华湾、西朝鲜湾风暴增水最大,其中江华湾北侧和渤海湾西南侧的百年一遇风暴增水可达4 m;天文潮—风暴潮非线性相互作用在潮差较大、水深较浅的河口、湾顶区域更为显著,与耦合模型结果相比,非线性作用使极值水位值偏小,天文潮、风暴潮增水的线性叠加可显著高估极值水位,高估的幅值可达0.5~0.8 m。考虑重现期极值水位是海岸灾害防护工程的关键设计参数之一,对海岸构筑物的安全和建造成本影响极大,应重视天文潮—风暴潮非线性相互作用对重现期水位的影响。

冷空气东北大风在渤海西岸引发风暴潮的统计与模拟研究

利用美国国家环境预报中心CFSv2逐小时分析预报场产品挑选出2018—2023年共5个冬半年内的64次冷空气东北大风过程,并整理了相应的温带风暴潮极值;以“221003”温带风暴潮为基准,构造了渤海区域内最大风速分别为7~12级的温带天气风场,计算了各情形下渤海西岸典型潮位站的最大风暴增水,归纳了渤海湾和莱州湾代表站黄骅和潍坊站的最大风暴增水与最大风速的幂指数关系;以此定量关系为基准建立了黄骅站和潍坊站50%及80%累积频率下风暴增水与CFSv2区域最大风速的定量关系。

长短期记忆神经网络(LSTM)对风暴潮数值模拟的优化应用

利用长短期记忆神经网络和数值模式相结合的方法,设计了两套针对粤东遮浪海洋站点台风风暴潮增水的预报优化方案。与实测资料对比结果显示,长短期记忆神经网络方法可以显著改善数值模式模拟结果的准确性,最大增水和主振过程中增水后报结果的平均绝对误差、平均相对误差和平均改善幅度分别为7.1 cm、8.2%、74%和16.1 cm、34.7%、33%。进一步分析表明,利用台风信息预测数值模拟结果的订正值可以有效改善神经网络方法的不稳定性,比直接预测风暴潮增水值更加准确、可靠。