基于Holland台风模型及三重嵌套海浪模式的台风浪数值模拟研究

现有的风场资料存在台风中心附近风速偏低的问题。为改进台风期间风场数据,使用Holland经验台风模型结合多平台交叉校准数据(cross-calibrated multi-platform,CCMP)及欧洲中期天气预报中心的再分析数据(European Centre for Medium-range Weather Forecasts Reanalysis data,ERA5)风场资料,研究了不同台风最大风速半径(maximum wind radius of the typhoon,RMW)、Holland B参数对模拟效果的影响,确定了最优模拟参数,并以改进后的风场驱动三重嵌套海浪模型对台风“威马逊”发生期间的台风浪进行模拟。模拟结果与实测数据对比表明,(1)改进的风场资料与实测结果更为接近,作为海浪模式驱动项可更好地模拟台风期间波浪状况;(2)三重嵌套海浪模型的波浪模拟效果优于单独的海浪模型。

人造台风模型及资料同化对T_(213)L_(31)模式台风路径预报能力的影响

利用2003年台风季节T213L31的12时10天预报分析了国家气象中心全球中期数值预报模式系统T213L31对台风路径的预报能力,并就如何改进其对台风路径的预报能力进行了探讨。结果表明,在台风季节,T213L31模式在近57%的预报中对台风路径有预报,但初始位置误差较大。没有预报的区域主要集中在13～20°N,120°E以东的台风生成较为集中的地方,而此区域恰好不存在常规观测资料。对于目前仍采用OI分析的T213L31中期预报系统,常规观测资料在此区域的匮乏是其在此台风集中生成区预报能力较弱的主要原因。为了改进T213L31对台风路径的预报能力,本文就增加常规观测、加入人造台风模型进行了数值试验。试验结果显示,有限的常规观测对T213L31对台风的预报能力有明显提高。人造台风的加入无疑会改善T213L31在无常规资料区的预报,也会改善T213L31在资料较丰富地区的短期台风路径预报能力(36小时以内预报),而对较长时效预报的影响则有好有坏。

基于Georgiou台风模型的海上风电场重现期最大风速计算

东南沿海地区海上风电场受热带气旋影响严重。通过搭建工程台风风场Georgiou模型,采用中国气象局上海台风所(CMA-STI)台风最佳数据集驱动模型,模拟我国东南沿海地区近海、深远海海上风电场不同重现期极值风速,为海上风电场风机选型、风荷载计算提供了依据。

台风过境期间辽河口滨海湿地水动力特征的数值模拟研究

本研究基于FVCOM环流模型,耦合ECMWF背景风场和Jelesnianski台风经验模型形成合成风场,对9711台风“温妮”过境辽河口区域的水动力进行模拟研究。模型通过在动量方程、湍流方程中加入附加源项来表达盐沼植被对水动力的阻碍作用。使用研究区域实测的潮位、流速、流向等数据对水动力模型进行验证,模拟结果与实测数据吻合较好。结果表明:潮滩盐沼植被对台风过境期间的潮位变化无明显影响,但对流速具有显著的衰减作用,且芦苇对潮流的衰减作用大于盐地碱蓬植被,芦苇区的速度最大衰减率达81.43%。此外,台风路径变化对辽河口湿地海域的增减水及流速影响较大,台风强度越强,局部区域造成的风暴潮增水和流速也相应越大。

台风结构与强度以及环境场对西北太平洋台风尺度估计的影响研究

台风风场径向廓线模型对台风灾害的评估以及台风尺度的研究具有重要的价值.利用西北太平洋2001-2020年的台风最佳路径观测数据,评估了目前国际上应用比较广泛的六个分别基于经验参数和物理过程的台风风场径向廓线模型对台风尺度(台风大风半径,R17)的估计精度,并探讨了台风结构、强度等内部因素以及垂直风切变和移动速度等环境因子对模型精度的影响.评估发现,所有模型均高估了R17较小的台风而低估了R17较大的台风,且R17越小,高估越明显,R17越大,低估越严重.总体而言,Willoughby et al发展的基于参数的模型具有最小的估计偏差且与观测记录之间最高的相关性.研究还发现,台风内核尺度(最大风速半径,RMW)和强度(最大地面风速,V_(max))对不同模型的影响具有显著的差异性.此外,在高环境风切变和高移速条件下,模型的估计偏差的量级会显著增加.以上研究为进一步完善适用于不同环境条件下,不同结构与强度台风的风场模型提供参考.

基于台风参数模型的江苏海域风暴增减水研究

以正面袭击江苏的"达维"台风为例,运用台风参数模型、第三代波浪模型和基于浅水方程水动力模型对台风期间江苏沿海的风暴增减水进行模拟研究。首先,运用Je氏台风参数模型模拟了台风的梯度风场,并与NECP再分析风场数据对"达维"台风场进行合成,与观测值进行比较,拟合结果良好;然后,以模拟的台风风场为驱动,模拟台风经过期间江苏海域的波浪场,同时计算台风期间江苏海域的天文潮;最后,运用浅水方程计算江苏海域的增减水,并研究了沿海增减水分布情况。研究结果表明:灌河口附近最大风暴增水达1.9 m左右,由于台风中心位置的影响,江苏沿海最大增水从北往南呈先增大后递减的趋势。

基于数值模拟的台风危险性分析综述(Ⅰ)——台风风场模型

台风风场是基于数值模拟的台风危险性分析的重要组成部分。基于现有文献资料,以台风风场内空气微团的运动平衡方程为出发点,对现有的基于平衡运动方程的参数化风场模型进行了评述,并建议选用CE风场;回顾了对风场预测结果有重要影响的两个输入参数的信息获得途径,重点就国内台风区城市应该如何处理这两个参数提出了建议;然后从台风边界层的物理意义出发,评述了现有的边界层模型,建议采用Thompson和Cardone所提的具有物理意义的边界层模型;最后对今后工程风场的发展方向提出了一些看法。尽管从气象学角度来看,三维风场是精度很高的模型,但是其工程实用性还有待考证;在满足工程精度的前提下,简单易行的模型是目前进行台风危险性分析的风场数值模拟的较好选择。

用SMAT建立台风暴雨预报模型的试验研究

台风暴雨的灾害性天气预报是科研与业务都特别关注的问题,因此其预报技术方法的研究显得尤为必要。采用综合多级相似预报技术(简记为SMAT),对"浙东南沿海"区域台风过程所引发的暴雨天气进行研究。该技术利用数值模拟结果对样本间的相似程度进行描述,同时将描述样本相似程度的物理量由单因子拓展为因子组合。通过对13年间历史资料的试验,得出了台风暴雨预报模型(SMAT-Ty-phoon)。详细介绍了该模型的试验过程和试验结果,给出了重要试验数据参数。台风暴雨的相似试验结果显示,建模时的CSI(forecast successful index)高于0.7,且漏报率为0。在试报阶段,CSI也能保持在0.45以上。此外,台风暴雨预报模型的准确率(0.72)和漏报率(0.26)与业界同行相比,也具有一定优势。在引进数值产品和多因子求相似技术后,试验结果证明SMAT具有较强的平均预报能力,说明了所得到的台风暴雨预报模型是有优势的。最后,通过对试验的分析,得出了对当地台风暴雨发生可能起重要作用的一些物理量,对于这些指标,预报员在业务预报中应给予足够考虑;同时也给出了在做类似相似试验中关键区和相似因子选取时的一些建议。

基于强风圈半径的台风风场模型

首先用Jelesnianski台风风场模型及美国联合台风警报中心(JTWC)整编的台风资料,计算10级和7级风圈半径,并与气象部门的发布值相比,发现两者存在较大误差.进而,在Jelesnianski台风风场模型的基础上,提出一种基于最大风速半径、10级和7级风圈半径的台风风场模型,并比较两种台风风场模型的风速剖面.结果表明:该模型比包括被广泛应用的Jelesnianski台风风场模型在内的前人提出的台风风场模型都更接近台风风场实况,其中10级和7级风圈半径与气象部门的发布值是一致的.

应用台风风场经验模型的台风极值风速预测

为准确、高效地进行台风多发地区建筑结构设计风速的预测,利用中国东南沿海1949—2012年的台风历史数据进行了香港地区台风关键参数概率分布的研究,提出了基于新的Holland径向气压分布参数B表达式的台风风场经验模型.在此基础上结合Monte Carlo数值模拟技术,利用台风极值风速分析方法完成了不同重现期下香港地区台风极值风速的预测,并与观测数据、香港风荷载规范计算结果进行对比分析,验证了利用此台风风场经验模型进行台风极值风速预测的有效性.

WRF大气模式与台风经验模型在超强台风“山竹”过程重构中的比较分析

通过中尺度气象研究与预报模式WRF(weather research and forecasting)和两种台风经验模型重构了2018年影响我国珠江口地区的超强台风“山竹”过程中的气压和风矢量场,在台风最佳路径数据的基础上开展了方法间的比较,并与香港、澳门和深圳三个国际机场的实测数据进行了对比分析,验证了三种模拟方案模拟台风“山竹”的可靠性。利用非结构网格半隐式跨尺度海洋模式SCHISM(semi⁃implicit cross⁃scale hydroscience integrated system model),将三种模拟气压和风场作为驱动场输入风暴潮模式中进行增水模拟试验,比较了它们在赤湾、三灶、横门和黄埔四个测站风暴潮增水中各自的效果,并进一步验证了WRF模式和两种经验模型模拟台风“山竹”的有效性。综合来看,WRF大气模式对气压、风速、风向及风暴增水模拟效果最佳,如果进一步优化该模式的各种参数化方案,可能还能提高其精度。如果不具备使用WRF大气模式的条件,台风经验1模型也是一个完全可以接受的、简单快捷的方案。

南海台风参数模型和台风浪后报模型的应用研究

台风风场和台风浪数值后报能够有效弥补现场观测资料的不足,对南海海域的海洋经济健康发展具有重要的保障作用.针对不同台风参数模型和全谱海浪模型的联合应用,编制了包括5个台风参数模型的数值模拟程序,以南海海域的台风Ellen(1983)和Dujuan(2003)作为案例,并联合应用2个第3代全谱海浪模型,完成了台风风场、气压场和台风浪场的数值后报.通过分析不同台风参数模型和全谱海浪模型组合应用的后报结果,并与实测数据进行对比,得出了Jelesnianski风场参数模型结合第3代全谱海浪模型WW3比较适用于南海海域台风浪后报.

台风风特性现场实测与数值模拟研究综述

台风风特性的现场实测与计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)数值模拟是研究台风作用下结构风效应和城市地形风场特性的主要方法。采用综述形式,对当前台风风场特性现场实测与数值模拟研究的基本方法、主要内容、待解决问题及未来发展趋势进行了归纳及总结。现场实测台风数据为台风风特性的研究提供有力的科学根据,在数值模拟软件中对台风风场进行模拟极大方便了对台风风特性的研究。目前,台风实测数据还十分有限,台风非平稳性和地域性差异等因素导致难以用数值模拟的方式准确描述城市地形风场环境。未来,需以现场实测和数值模拟相结合的方式,总结风场特性,对城市地形风场建立适配的台风数学分析模型,得到合适的结构设计风参数选值方法。

8805号登陆台风特大暴雨的数值模拟

应用中尺度模式ＭＭ４，使用了一种简单的模式台风处理方法，成功地模拟了８８０５号台风登陆前后的演变及其伴随的特大暴雨过程，即对分析的台风中心物理量场进行修正而形成与实况极为一致的初值，以期能更好地模拟台风过程。从模拟结果可以看出，台风降水强度中心基本上是随台风登陆移动而变化的，每一时段的降水中心基本上与台风移动的路径一致或略偏前方，在登陆时的降水最大，这种降水变化与台风上升运动的演变是一致的，上升运动越强。

杭州湾内台风浪模拟研究

杭州湾自然地理条件特殊、社会经济发达,研究杭州湾内台风浪特征对该地区的防灾减灾具有重要的现实意义。现选用藤田台风模型模拟台风场,采用基于动谱能量平衡方程的SWAN模型模拟台风浪,计算了台风Winnie过程中杭州湾内的波浪情况。通过分析台风过程中不同时刻杭州湾内波高分布图,得到波高的空间分布变化规律;并将波高数据进行回归分析,得到了杭州湾内波高与风速和水深的相关关系。

基于台风气压模型的沿海天文潮与风暴潮耦合数值模拟试验研究

结合4种台风气压模式,采用改进的超浅台风风暴潮联合模型对辽宁沿海天文潮与风暴潮进行数值模拟试验。试验结果表明:在4种台风气压模式下,高桥模式或捷氏模式误差相对较小,在台风路径预报中有最大风速信息时可以直接运用以上两种模式进行台风增水影响;相比于传统算法,改进后的沿海天文潮与风暴潮耦合数值模型模拟的台风增水相对误差小于30%的保证率提高29%,达到规定的台风增水预报的精度要求。研究成果对于沿海地区防洪决策具有重要的参考价值。

江苏沿海近岸台风浪数值模拟

以台风"梅花"为例,采用QSCAT/NCEP再分析风场资料和捷氏台风经验模型构造混合型台风风场,以此作为驱动条件,利用MIKE21波浪谱模型对江苏沿海近岸台风浪进行数值模拟,并针对潮位变化对模拟结果的影响进行对比分析。结果表明,该模拟方法可以较好地复演台风浪发展的整个过程,而考虑潮位变化的影响有助于台风浪模拟精度的提高。

基于数值模拟的台风危险性分析综述(Ⅱ)——随机抽样模拟与极值风速预测

台风危险性分析是台风损失估计及防灾减灾的基础。对基于数值模拟的台风危险性分析所采用的随机台风概率模型、随机抽样模拟方法和极值风速预测进行了回顾与评述,包括台风关键参数概率模型及其相关性、台风路径模型、台风登陆衰减和海陆风速转换模型以及台风极值风速概率模型,并针对我国东南沿海地区台风危险性分析数值模拟采用的相关模型给出了相关建议。

中国近海海域台风浪模拟试验

以经验台风公式和NCEP再分析风场资料为基础,通过一个权重系数构造了西北太平洋海域台风风场,并以此作为一个第三代海浪模式WAVEWATCHⅢ的输入风场,模拟了2005年的麦沙(Matsa)台风浪场。由于风场的改善,模拟结果显著地提高了海浪模式的后报精度。

台风风场研究及其数值模拟

对近年来台风风场研究及其数值模拟方法作了论述.阐述了浮标和地面台站观测、飞机侦察、雷达卫星高空观测等台风观测手段;阐明了简易参数分析模型、定常动力学模型、非定常动力学模型、运动学模型等台风风场模型;分析了既有风场模型对我国东南、华南沿海海域台风风场模拟的适用性,又论述了基于台风内各站点、基于台风影响区域、台风全路径等极值风速预测研究手段.最后,展望了台风风场数值模拟的发展趋势和需解决的问题.