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。

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。

山东沿海台风暴潮数值模拟与统计分析

建立了精细化网格的渤黄海区域天文潮及台风风暴潮数学模型,对山东沿海天文潮进行了验算,得到K1,M2这两个主要分潮的振幅和迟角的均方根分别为2 cm,3 cm和5°,3°;采用Jelesnianski-II台风风场模式建立了台风风暴潮模型,并以典型台风为例,对影响山东海域的台风暴潮过程进行了数值计算,并与实测值进行了验证;基于建立的模型,模拟了1960年至2011年经过山东省沿海的33场台风暴潮过程;应用Poisson-Gumbel分布,计算了100年一遇台风暴潮增水极值。研究结果可为山东沿岸地区的防潮减灾规划设计和工程建设提供参考。

强台风作用下近岸海域波浪-风暴潮耦合数值模拟

强台风作用会在近岸海域形成狂风、巨浪、风暴潮等极端环境,严重威胁跨海桥梁等近海工程结构安全。该研究采用Holland模型风场叠加宫崎正卫移行风场和ERA-Interim风场模拟台风风场,探讨了不同的最大风速半径经验公式对风场的适用性,同时驱动SWAN+ADCIRC波流耦合模式,模拟了强台风"玛莉亚"下台湾海峡及近岸海域波浪-风暴潮的发展过程,并分析了近岸海域波浪、风暴潮的分布特点。为证明方法的可行性和准确性,采用风、浪实测资料对数值模拟结果进行了验证。研究结果表明,叠加风场和TPXO潮汐模式共同驱动的SWAN+ADCIRC波流耦合模式,可以较好地模拟台风期间近岸海域波浪-风暴潮的生成与发展过程。

1210号台风“达维”风暴潮分析与数值模拟

1210号台风"达维"是1949年以后登陆我国长江以北地区最强的台风,给江苏、山东、辽宁等省份带来了较大的损失。在此分析了"达维"台风的过程和风暴增水情况,利用ADCIRC台风风暴潮预报模式对此次过程进行了模拟,并分析了模拟效果。结果表明,台风过程最大增水对应的时间不一定就是天文高潮;台风风暴潮数值预报系统对1210号台风"达维"的风暴潮过程的预报情况与观测结果比较吻合,可见该台风风暴潮数值预报系统对此类强度较强且登陆江苏沿海的台风过程的增水过程描述准确,对江苏沿海台风风暴潮的预报预警有非常重要的参考价值。

台风作用下风-浪-潮三维环境等值面模型

台风登陆时常伴随强风、巨浪和风暴潮,如何获取台风下的风、浪、潮数据并确定给定重现期下的环境参数成为制约跨海桥梁设计的关键科学问题。以跨海桥梁众多的舟山海域为例,采用SWAN+ADCIRC耦合模型,对过去32年间影响该海域的49次台风过程依次开展数值模拟,利用模拟出的台风作用下风、浪、潮参数建立100年重现期下的环境等值面,讨论了环境参数选取方法对环境等值面模型的影响。研究表明:该文建立的数值模型能为后期构建联合概率及环境等值面模型提供可靠的数据来源;三维嵌套Frank Copula能较好拟合风-浪-潮三维联合概率分布;给定重现期的环境等值面形状受数据选取时刻影响较大,其中风暴潮增水最大值对选取方法最为敏感。

渤黄海潮汐潮流精细化数值模拟及可视化预报系统

利用有限元海洋模式ADCIRC(Advanced Circulation Model,)建立了高分辨率的渤黄海二维潮汐潮流数值模型,该模型以M2,S2,K1,O1等8个分潮的水位作为驱动,模拟出了该8个分潮的潮汐潮流调和常数;利用该调和常数预报的潮位和二维平均潮流与实测资料相比,符合较好;利用模拟得到的潮汐潮流调和常数,以Matlab为平台,建立了能独立运行的可视化潮汐潮流预报系统,该系统可以预报渤黄海任意时刻、任意地点的潮位和平均潮流,并且可以查询渤黄海任意地点的部分潮汐特征值,该系统运行快捷,使用方便,可为海上作业提供环境预报服务。