“烟花”台风影响下长江口水域波浪分布特征研究

台风往往会带来强风、大浪、风暴潮。强潮大浪给长江口深水航道整治工程的维护带来挑战。构建了覆盖中国海的台风浪—风暴潮耦合数学模型,模拟了台风“烟花”作用下长江口北槽水域波浪的发展过程,分析了长江口北槽水域波浪分布特点和台风强度。研究表明:叠加风场和潮汐模式共同驱动的台风浪―风暴潮耦合模型,可以准确模拟台风期间长江口水域波浪的生成和发展过程;“烟花”台风期间,外海大浪以东方向浪为主,长江口北槽南挡沙堤沿线有效波高最大值介于1.61~5.22 m之间,自东向西逐渐衰减;台风过程中,长江口北槽水域有效波高在台风二次登录时刻达到最大,口门处有5.0 m以上大浪;依据台风过程中长江口风速及外海波高、周期与参考规范值对比分析得出,“烟花”台风过程波浪强度约为50年一遇。

“烟花”台风影响下长江南通以下河段的增水分布特征

为探讨台风对河口区域的影响,构建了覆盖中国东南沿海大范围数学模型,对2106号台风“烟花”产生的风暴潮进行了模拟,与实测气象及水位数据对比表明该模型可靠、合理。基于此模型,研究了“烟花”台风在长江口地区风暴潮增水的时空分布特征。研究表明,“烟花”台风期间,长江口区域整体表现为增水状态,最大增水大于0.5 m区域北至连云港、南至台州。南通以下河段最大增水值分布较均匀,均在1.5 m左右;上游区域增水幅度随潮汐过程呈规律波动,增水在涨潮中间时刻达到最大,于落潮中间时刻降至最低,至下游区域,波动规律逐渐消失;0.5 m以上增水历时从上游至下游逐渐减小。

舟山本岛海域“烟花”台风风暴高潮位研究

近年来登陆或严重影响浙江的强台风频率上升,北移次数增多,对舟山本岛及邻近岛屿经济活动威胁越来越大,开展舟山本岛风暴高潮位研究十分必要。分析了"烟花"台风在舟山本岛造成的风暴高潮位分布,基于海区的实测潮位资料及构建的风暴潮模型计算的风暴高潮位,揭示了本次风暴高潮位总体东部低、西部高、中部局部低值区的特征,中部局部低值区与天文高潮位的分布有关。本岛海域“烟花”台风风暴高潮位差异可达0.5 m以上;“烟花”台风若在本岛天文大潮高潮位登陆,定海至岱山风暴高潮位会继续抬高0.1~0.4 m;若南移至大目涂位置且在高潮位登陆则会造成本岛周边更高的风暴高潮位,超过本次风暴高潮位0.2~0.8 m。应高度重视风暴潮高潮位的区域差异性和变化特征,进一步提高区域风暴潮灾害防御能力。。

三门湾猫头深潭对“烟花”台风的冲淤响应

极端台风天气下,台风浪可能会造成海湾泥沙大幅起悬,从而引起湾内深槽骤淤。以浙江中部三门湾为研究对象,建立波流共同作用下的泥沙冲淤数学模型,研究猫头深潭在台风“烟花”过境期间可能产生的泥沙骤淤风险。经验证,数学模型较好地复演了“烟花”台风过程中的风暴潮与台风浪过程。研究结果表明,在台风浪作用下,下洋涂南侧浅滩及猫头深潭南北侧浅滩的含沙量均有明显增加,局部可增加至无浪情况下的3倍以上,“烟花”台风使猫头深潭最大淤积达0.15 m。台风浪导致的含沙量增加是三门湾深潭骤淤的主要原因。

“烟花”台风对钱塘江涌潮影响的数值模拟

2021年7月25日“烟花”台风登陆于浙江舟山,恰逢天文大潮期,对钱塘江涌潮产生了较大的影响。为研究该强台风对涌潮的影响,建立了台风暴潮作用下的涌潮数学模型,采用“烟花”台风登陆期实测数据进行数学模型的验证,模型较好地复演了台风登陆期潮位和涌潮的变化过程。拟定计算方案以分离台风的直接和间接影响,计算结果表明:受“烟花”台风登陆时的逆风影响,台风对盐官河段涌潮的直接影响明显较间接影响小。“烟花”台风登陆时盐官潮差为3.59 m,盐官—老盐仓的涌潮传播速度增加7.7%,一线潮和回头潮的潮头高度平均增加0.30和0.22 m。“烟花”台风使盐官一线潮和老盐仓回头潮的潮到时间分别提前62和65 min。

星载雷达在台风暴雨宏微观特征分析中的应用

“烟花”台风是有气象记录以来首个在浙江省内两次登陆的台风,其引导气流弱,移速缓慢,影响时间长。为探究“烟花”台风减弱阶段在浙北地区造成的强降水的分布特征及其云微物理垂直特征,本文利用星载雷达GPM资料,研究了2021年7月27日夜间“烟花”台风的降水率分布、雨顶高度、降水宏微观垂直结构及云顶亮温的分布特征,并与地基雷达观测进行了对比。结果表明:在“烟花”减弱阶段,台风雨带中20~40 mm/hr的雨强落区基本对应6~10 km的雨顶高度,位于台风眼壁处。微观方面,强雨区三维空间内均对应50以上的粒子数密度,相较而言,台风眼壁处水凝物粒子直径更大,在1.5~1.9 mm;台风外围处水凝物粒子直径在1.5 mm以内,但其粒子数浓度最大可达到55以上,这种高浓度的环境条件有利于降水粒子碰并聚合和直径增长,使得降水有加强潜势。位于台风眼壁的降水多数由对流性降水所组成,少部分层云性降水;西南象限外围螺旋雨带中对流性降水比重减小,但仍带来15 mm/hr以上的雨强。台风影响区域均有丰富冰水混合物存留,降水云滴的有效碰并增长活跃,对地面强降水的形成有正向贡献。同时,GPM与地基双偏振雷达探测结果十分相近,这证实了星载雷达反演产品在探测反演台风降水中的可靠性。

基于陆气耦合模型系统的太湖流域洪水风险预测

为解决太湖流域高密度感潮河网地区水位预报精度难提高、洪水淹涝实时风险评估计算效率低等问题,破解复杂平原河网地区“四预”难题,构建了太湖流域陆气耦合模型系统,该系统包括太湖流域水文水动力学耦合模型与基于水文学法的洪水淹涝风险快速评估模型。在2021年“烟花”台风期间,以欧洲中期天气预报中心(ECMWF)数值模式网格、分区降雨预报为输入,分别应用基于河网多边形与汇流分布式动态单位线的水文水动力学模型预报太湖与河网代表站水位过程与超警超保区域,以及基于水文学法的洪水淹涝风险快速评估模型预测太湖流域洪水淹涝风险区域与强度。研究结果表明:太湖流域陆气耦合模型系统实现了降雨预报网格、分区与河网多边形的耦合,水文水动力模型解决了太湖流域降雨与径流在空间上的均化问题;与分区降雨数值预报相比,网格降雨数值预报预测的超警超保区域、洪水淹涝风险区域与实际情况更加吻合。该系统在“烟花”台风期间的预测预报服务直接支撑了流域洪水与区域涝水科学错峰调度,提升了流域与区域的防汛统一管理水平,有效缓解了下游地区的防洪压力,社会经济效益显著。

强化“四预”助力太湖流域防汛智慧化

以太湖流域2021年梅雨、“烟花”台风强降雨、盛夏连阴雨等洪水防御为背景,以数字孪生流域建设优化太湖流域预报调度一体化系统“四预”功能完善为切入点,介绍了太湖局在数字孪生流域建设“四预”功能实现方面的经验做法,分析了数字孪生流域建设存在的困难,结合太湖局实际,提出了完善提升思路。