基于CESM气候模式的ENSO后报试验

基于美国国家大气研究中心(NCAR)开发的通用地球系统模式(CESM),本文设计了nudging次表层海温的同化方案,进行了后报实验。对1982-2011年后报结果的分析表明,通过nudging同化,模式对ENSO现象有一定的模拟和预报能力,对赤道太平洋SST、纬向风、降水等海洋、大气要素等的后报结果与GODAS和NCEP再分析资料较接近,可以较好地重现历次厄尔尼诺和拉尼娜事件中异常东传的过程,超前1、3、6个月时,模式预报的Nio3指数与CPC指数的相关性分别达到0.88、0.81、0.70。但模式同时也表现出一定的春季预报障碍,秋季起报的后报效果最好,春季最差。对1982/1983和1997/1999两个厄尔尼诺事件的分析表明,模式后报的纬向风、热通量、风应力等大气变量的响应较实际滞后,而海洋的变化与实际情况相似,这与我们的同化方案设置有关,即模式只同化了次表层海温,进而强迫大气的响应,从而导致大气的变化较滞后。

9914号(Dan)台风浪的后报试验研究

利用 WAM 第三代海浪模式的第四版本 (WAMC4) 对 40 a 来造成福建沿海灾害最严重的 9914 号台风海浪过程进行了后报试验，并与近岸常规观测和卫星高度计有效波高资料进行了比较。与常规观测站的比较结果表明，WAMC4 能较好地再现海浪的发展过程。后报结果与 TOPEX/POSEIDON 和 ERS-2 卫星观测资料的对比研究表明，风速的后报结果与卫星观测有较好的一致性，但海浪的后报比卫星高度计反演的有效波高整体略偏低。

汕头近岸区的台风波浪 (二)后报台风波浪及其基本特征

本文采用《受陆岸影响浅水区台风风浪的推算方案》后报影响汕头近岸区的台风风浪，并以此与Ｔｈｏｍｐｓｏｎ关于波型的判据和合田良实的不同波型能量集中度的规定相结合，计算台风混合浪，经与现场实测资料相比较，效果良好；依４４年台风浪的后报结果，可以得到各场台风过程的波高。

基于CESM模式同化及后报实验的南海气候特征分析

基于气候模式CESM,利用牛顿松弛逼近(nudging)方法将次表层海温同化到海洋模式中,通过多种评估方法对1982—2011年同化和后报结果的南海海区进行分析。CESM同化和后报结果能够刻画出南海海表面温度、海表面流场、降水和850 hPa风场的空间基本特征,并且能比较好的再现海表面温度和降水随时间变化规律,nudging同化结果要优于超前1个月、3个月预报。但对南海大部分海区还存在0.5℃以内的冷偏差,流场强度模拟偏弱,850 hPa风场模拟偏强的误差。同化和后报结果表明模式对夏季和秋季海表面温度模拟效果较好,海表面温度与东亚夏季风相关性在空间分布形态及量值方面模拟较为一致,而降水与东亚夏季风相关性模拟在空间分布形态及量值方面都有一定误差。南海气候模拟难点在于其夏季海气相互作用,nudging同化结果能较好的模拟出南海北部夏季海表面温度变化对大气变化的响应,同大气模式相比考虑了南海海区的海气相互作用这一特殊性。

风浪后报系统研究与开发

随着筑港向远海、深水、开敞环境发展,缺乏风、浪实测资料严重影响筑港质量和进度。通过对大气科学和海洋学资料收集、模型研究和集成开发,形成以再分析数据和实测数据为基础、中尺度大气模式WRF和第3代海浪模式WWⅢ为核心的风浪后报系统。系统采用BS架构和浏览器作为人机接口、Linux大型并行计算服务器和MPI为模型运行环境,采用网络和指令形式实现WEB服务对模型的控制,采用用户、项目、模型、类型、实例分级实现对大量模型的管理。该系统可对任意海区任意时段的风场、深水波浪场进行后报模拟。实例验证表明,该方法和系统可较好模拟台风场及相应的波浪场。

南海东北部台风潮的数值后报及极值增水估计

本研究对近40年来影响南海东北部陆架海区的28次台风引起的风暴潮进行了数值后报,其中8个过程的沿岸后报增水值与实测值进行了比较,表明后报值与实测值符合良好,90%以上的最大增水值偏差在30厘米以下。为了得出本海区多年一遇的台风增水极值,在后报台风路径密集处选择了9个不同水深点,对每点取出各次台风下的最大增水值,然后用Weibull分布进行拟合,得出了各点的极值分布。

海洋工程中的海浪后报

本文提供的海浪后报方法，不仅将Ｗｉｌｓｏｎ方法的数学模型编制成计算机源程序（本文略），避免了查复杂的诺模图，而且对其进行了改进，从而大大提高了工效和计算结果的精度。通过实例计算，结果说明本文提供的方法是切实可行的。

基于台风浪后报模型的外海重现期波浪要素分析

选用Jelesnianski(1965)热带气旋经验风场模式模拟台风场,采用基于动谱平衡方程的SWAN模型模拟台风浪,对1951—2010年我国东南沿海可能产生较大影响的台风浪进行了推算。在良好的风、浪验证基础上,基于台风浪数值后报结果,将波高数据进行回归分析,通过对广东沿海外海波要素计算结果与实测资料对比,结果表明两者吻合良好,可为海区内工程提供较好的参考。

叠加风场在南海台风浪数值后报中的应用研究

根据经验风场与NCEP再分析风场的优缺点,采用两者相叠加的方式构造了一种叠加风场,与实测风速资料对比验证显示该风场精度较高。以叠加风场数据为输入,采用WAVEWATCH Ⅲ模式对南海海域有显著影响的8场台风进行计算,结果显示叠加风场计算南海台风浪具有较高的精度和可靠性。

我国规范与美国《海岸工程手册》风浪后报计算的差异

在缺少海洋水文观测资料的情况下,利用风浪后报推算设计波浪参数是工程上常用的方法。探究了我国现行《海港水文规范》中"深水风浪要素计算图解法"诺谟图存在的缺陷,并与美国工兵团新版《海岸工程手册》的波浪图解后报方法进行了比较分析,所得结论对于我国海岸与近海工程的波浪后报计算具有重要参考意义。

基于SWAN-MIKE21嵌套模型在大连湾某工程区的波浪后报模拟应用

近海工程中,需分析波浪在工程区的传播特点。采用SWAN-MIKE21嵌套模型对某工程海域进行波浪后报模拟分析,同时进行波浪实测。模拟结果与实测平均绝对误差在0.2 m以内。SWAN-MIKE21嵌套模型兼顾了大尺度模型计算速度,小尺度地形网格划分及后处理。后报模拟结果表明,波浪主要影响因素为外海波浪和区域风场。外海波浪为S—SE向时,绕射后能影响工程区域,波向在E向附近。当区域风场为E—SE向时,区域风场会增大工程区波高。当区域风场为N—NW向时,会把波向变为ENE向。实测结果中,冬季盛行N—NW风时,工程区的强浪向为ENE向,其余季节强浪向为E向,与模拟的结论一致。

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.

一个ENSO集合数值预测系统的历史后报试验

对一个热带太平洋海气耦合ENSO集合数值预测系统进行历史后报检验。该系统模式为一个中等复杂程度的耦合模式,其中大气部分为统计模式,海洋部分为动力模式。扰动初始场通过集合卡尔曼滤波同化获得,并引入了模式误差,由一阶马尔科夫随机微分方程生成。集合预报样本数为100个。系统从1993—2011年共19 a的每个月都开始起报,每个预报样本都分别向后预报12个月。给出了El Nino指数时间序列预报结果检验、个例预报检验,以及El Nino指数和热带太平洋SSTA的相关系数和均方根误差检验,计算了模式的平均系统误差,并分析了其不同季节的预报性能。结果表明,系统具有较强的ENSO预测能力,能够提前6~12个月给出有参考价值的预报。

基于SWAN模型下的马拉博油罐区深水波浪条件分析

在深水波浪条件下,油罐区的稳定性和安全性都面临着极大的挑战,对所在海域的风与波浪耦合作用的波浪分析变得至关重要。本文基于第三代海浪数值模型SWAN,依据CCMP和CFSR数值风场资料,建立南大西洋海浪后报数据集。通过与尼日利亚拉格斯外海Bonga站和纳米比亚卡拉斯外海Kudu站的实测数据资料进行对比,验证了数据集的合理性。并对赤道几内亚马拉博外海深水波浪条件进行分析,为后续油罐区项目建设提供数据参考。

一个覆盖太平洋区域的地震海啸波幅预报系统及检验

基于线性长波方程和缓变地形近岸波幅格林公式建立了覆盖整个太平洋区域的准实时地震海啸波幅预报系统。系统利用了GPU并行加速技术,可在90 s之内完成太平洋区域32 h的海啸传播计算和中国沿海城市岸段的波幅特征值预报。筛选了自2006年以来的9次发生在太平洋区域,矩震级(Mw)超过8.0且资料丰富的历史地震海啸事件,对预报系统进行了后报检验。结果表明,线性长波模型能够很好的模拟海啸在大洋中的传播过程;格林公式能够较为准确的估算缓变水深和开阔地形条件下的近岸海啸最大波幅,波幅预警准确率可达80%,基本满足海啸预警需求。以2011年日本Mw9.0地震海啸为例,评估了该系统对中国城市岸段的波幅预警能力,结论基本合理。需要注意的是,利用该系统计算对海啸源特别敏感的近场海啸波幅可能产生较大偏差。提出了若要进一步提高定量海啸波幅预警的准确率,可从以下两个方面加强研究和业务实践:一是采用多数据联合反演方法提升海啸源的精度;二是提高格林公式的适用性,或者构建高效的近岸精细化海啸数值预报系统。

海湾风浪后报软件的开发及应用

目前我国港口工程规范与国外海岸工程手册在推算海湾风浪要素时,通常给出1套计算图表,这使得工程设计参数的确定极为不便。针对上述问题,本文结合JAVA和MATLAB语言的优点,混合编程开发出一套用于固定风区风浪推算的软件。并从软件的组织架构和关键技术2个方面阐述了软件的开发过程,以胶州湾海域的风浪推算为实例进行了应用。

巴西萨尔瓦多某施工海域波浪数值模拟研究

本文模拟和分析巴西萨尔瓦多施工海域的波浪动力场,为后续合理安排项目施工顺序提供科学依据。基于率定后的模型,模拟2014年11月~2015年10月巴西萨尔瓦多施工海域的波浪过程。结果表明:5~8月份波况最为恶劣,1 m以上有效波高所占频率超过20%,7s以上有效波周期所占频率介于21.39%~47.85%。由于施工海域被萨尔瓦多海岸环绕,且施工海域的波浪受风场直接驱动,波高较大、中长波周期显著。

西北太平洋台风浪数值模拟

台风浪的研究对于船舶航行、港口、海洋和近岸建筑物的安全有着重要的现实意义。应用经验公式(MEF)和大风风圈反推(MGCR)两种方法计算最大风速半径,并基于Jelesnianski2型风场模式、藤田气压模式导出的风场模式、藤田气压场和第三代深海波浪模型(WAVEWATCHⅢ)进行了台风Winnie引起的台风浪的后报,将后报值与实测值进行了详细的比较和分析。结果表明:台风期间,MEF模拟出的西北太平洋海域风浪场变化合理,数值模拟结果与实测资料吻合良好,3个波浪测站的有效波高对比误差约为10%,而MGCR模拟结果误差偏大。因此,MEF的模拟结果能够为船舶、海洋与海岸工程的设计提供科学的依据。

黄河口三角洲波浪能和风能资源评估

以1996—2007年的风场数据为驱动，运用第三代波浪模型SWAN（Simulation wave Nearshore）对山东半岛和黄河口地区12年的波浪情况进行模拟，模拟结果与观测值拟合很好，说明SWAN模型能精确地模拟出黄河三角洲的波浪分布情况。同时，根据12a离地面10m处的风场数据和波浪场数据对黄河口地区的波浪能和风能进行评估，评估结果发现黄河口地区的风能和波浪能蕴藏量较丰富，年平均波浪能密度能达到2kW／m，平均风能密度能达到160W／m^2。如果只单纯地对某一种可再生能量进行开发难以满足该地区用电需求，因此应对风能与波浪能进行联合开发，这样才可有效缓解胜利油田海上石油平台的用电压力。

波浪能资源评估方法研究

以山东半岛为依托对深水简化的波浪能评估方法和Kim简化的评估方法进行对比研究。首先,运用波浪模型SWAN对山东半岛16 a的波候进行模拟,并与观测值进行比较,结果拟合良好;其次,运用这两种评估方法对山东半岛波浪资源能进行计算,并与SWAN模型计算的精确解进行比较;最后,选取两个断面和断面上的10个不同水深点进行研究。研究结果表明:两种简化方法计算结果均比精确解大,随着水深的增加,差距逐渐加大,但与精确解的相关性也逐渐变大,整体而言,深水简化方法要优于Kim简化方法。