北印度洋风浪流数值预报系统:Ⅰ-设计与实现

以5°S以北印度洋海域为目标区域,基于区域大气模式WRF、海浪模式SWAN和海流模式ROMS,建立了北印度洋风浪流数值预报系统。该系统具有运行稳定、针对性强和产品定制灵活等特点,为海洋环境预报、舰艇航行保障、军事行动准备等提供准确及时的常规和定制风浪流数值预报产品。     

北■海域台风浪数值预报模式的应用和发展

北海域位于东海南部,为灾害性台风浪的频发海域,直接影响本海域的台风,平均每年为３次,给社会经济带来了很大的危害。本文主要是在应用“八五”攻关成果的基础上,利用历史资料,筛选出一套适合于北海域的台风浪数值预报模式,并试图对它进行优化和发展：①在计算时,将采用（１／４）°×（１／４）°的细网格;②在边界条件的处理上,将扩大计算区域,把大区域得到的结果作为本海域的边界条件;③优化海上风的预报模式,以提高风场的预报精度,进而提高浪场的预报精度;④调整地形信息场,预报海浪数值预报模式调用。经过对９７年影响本海域的两次台风过程的试预报,预报效果令人满意,模式的运行也很稳定。海浪数值预报模式得出的结果,可以为防台减灾提供科学的依据,也可供海浪经验预报和海洋工程作参考。     

海南岛近岸养殖区台风浪预报技术研究

随着海南深水网箱养殖规模的不断扩大,海浪精细化预报的需求越来越紧迫。以海南岛周边海域为目标区域,基于近岸海洋模式ADCIRC(Advancedcirculationmodel)和海浪模式SWAN(Simulating WavesNearshore),建立了海南岛近岸养殖区台风浪数值预报系统。该系统采用非结构高分辨率网格,近岸分辨率达到了100m。选取2014年第9号超强台风"威马逊"(RAMMASUN)进行针对海南岛近岸养殖区的台风浪数值模拟后报。模拟结果与实测数据较为吻合。采用全球预报系统GFS(Global Forecast System)风场和气压场数据作为驱动场对2018年7月的一次热带风暴过程进行预报,48小时、24小时预报的有效波高和实测结果比较平均相对误差分别为20.75%和17.0%。总体来说,该模型的预报精度可以满足近岸养殖区台风浪预报业务的需求。     

一种台风浪的数值预报方法

本文介绍由台风实时预报气压场资料、海上风的数值模式和台风浪数值模式三者构成的一种台风浪数值预报方法.在西北太平洋-中国近海20m以上深水区采用1°×1°网格“新型混合型海浪数值模式”[1,2],而在南海和东海近海台风浪多发区内(含浅水区),分成若干小区块,采用(1/4)°×(1/4)°细网格,分别嵌套浅水WAM模式[3].小区域的边界条件由大区域得到的计算结果提供.该方法经过1990、1991、1992年的试报[4]、改进和完善后,于1993年6月开始进入国家海洋预报台的海浪预报业务.已对22个台风过程的台风浪进行模式跟踪预报,即准业务化预报.该方法运行稳定、预报结果也令人满意.1994年7月10日该方法的数值预报产品已在中央电视台午间新闻播出.     

近岸台风浪的嵌套数值模式

本文将混合数值海浪模式与第三代海浪模式结合起来研究近岸台风浪。在西北太平洋及中国海域采用混合数值海浪模式预报海浪，而在近岸台风区域采用包括海底绕射项的ＷＡＭ模式，该小区域的浪边界条件由大区域上得到的计算结果提供。我们建立的数值近岸台风浪预报系统既利用了混合海模式节省计算机时的优点，又用细网格的ＷＡＭ模式抓住了近岸海底地形对海浪的作用，该模式的后报结果表明，模式计算的近岸台风浪台站的实测资料符 合料     

北Shuang海域台风浪数值预报模式的应用和发展

北Ｓｈｕａｎｇ海域位于东海南部,为灾害性台风浪的频发海域,直接影响本海域的台风,平均每年为３次,给社会经济带来了很大的危害。本文主要是在应用“八五”攻关成果的基础上,利用历史资料,筛选出一套适合于北Ｓｈｕａｎｇ海域的台风浪数值预报模式,并试图对它进行优化和发展;①在计算时,将采用（１／４）°×（１／４）°的细网格;②在边界条件的处理上,将扩大计算区域,把大区域得的结果作为本海域的边界条件;③优化海     

人工神经网络技术在台风浪预报中的应用

利用人工神经网络中的BP算法，结合南海硇洲岛海区近30年的台风及台风浪资料，经预期因子的选择并作对比试验，建立了本海区较为理想的台风浪人工神经网络预报模型。结果表明：人工神经网络方法在台湾浪的预报上，有较好的拟合历史台风浪高的能力，利用该模型对台风浪高的预报也达到了一定的精度。为实际台风浪浪的预报增加了新方法、新思路。     

中尺度海气浪耦合模式对西北太平洋双台风影响下的海浪预报研究

为了分析中尺度海气浪耦合模式对西北太平洋双台风影响下的海浪预报效果,采用GFS全球预报系统和西北太平洋海洋预报系统预报场驱动区域中尺度海气浪耦合模式,针对西北太平洋一次"双台风"共同影响下的台风浪进行了连续5 d逐日72 h预报,并分析了海浪场预报分布特征,检验了耦合模式的海浪预报性。结果表明,耦合模式能较好地预报出双台风移动路径,以及双台影响下的海浪分布、演变特征。台风浪的最大有效波高与近中心最大风速成正比、中心最低气压成反比的演变规律与模式预报的较为一致,波高的整体预报效果与卫星高度计观测值较为吻合。但台风浪的预报效果受台风强度、所处海域等影响,远海期间海浪的预报效果要优于近海和台风强度明显变化期的。研究结果可为后续耦合模式的台风浪业务化定量预报发展提供有益参考。     

人工神经网络技术在海浪预报中的应用

利用人工神经网络中的BP算法，建立了南海硇洲岛海区风浪的预报方案。结果表明，人工神经网络方法在海浪的定性及定量预报上，均有较好的拟合历史风浪浪高的能力。该方案对风浪浪高的预报也达到一定的精度。文中还针对BP网络容易产生振荡，易发生不收敛的情况，建立了不同的预报方案并进行了对比分析，达到了较好的预报效果。     

人机交互式台风浪业务预报系统的研制及应用

基于国内外海洋灾害业务化预警系统研究基础,进行台风浪数值预报产品释用的人机交互技术研究。利用软件工程原理开展系统需求分析、功能实现和数据库架构设计,采用地理信息系统(GIS)技术构建界面布局和人机交互界面,通过WEBGIS平台建立交互式预报制作和发布系统,实现了数值预报系统业务化自动运行、数值预报产品标准化管理、数据分析与可视化表达、人机交互偏差订正与成图发布等多种功能;以2011年5号台风"米雷"为试预报案例,验证了系统的制作和发布功能,实现了区域环台风浪预警报系统的的业务化应用。     

混沌理论在水文系统中的应用分析及海浪预报探讨

混沌理论在水文系统中的应用主要集中在水文时间序列的混沌性识别和水文混沌预测的模型研究上。重点探讨了水文系统混沌分析应用领域的研究进展,并分析认为,提取海浪混沌特征,探索海浪预报的一种新方法,很值得尝试并深入研究。     

海冰对海浪影响研究综述

受全球气候变化的影响,极区海浪尤其是北极海浪在过去几十年发生了显著的变化,使得海冰边缘区海冰与海浪的相互作用愈发显著。本文从物理海洋学的角度出发,较系统地总结了海冰对海浪作用研究的国内外现状,从理论和实测的角度分别探讨了海冰对海浪能量的耗散及其引起的波动频散关系的变化,同时分析了当前海冰覆盖海域海浪的数值模拟与现场观测研究,指出了未来开展有冰海域海浪数值模拟与预报所面临的主要问题,并对该方向今后的研究做出展望。总体来看,尽管海冰对海浪作用的机理复杂且与海冰类型高度相关,但是海冰对海浪能量的衰减与传播距离基本呈指数关系,并且海冰会一定程度上影响海浪的传播速度。未来依然需要更多不同海冰类型下海浪的观测数据以开展进一步的机理分析、模型检验和参数校准,进而实现高精度的业务化预报。     

岛屿岛礁海域海浪能谱模型研究进展

波浪能谱模型在岛屿岛礁海域的波浪预报研究和海洋工程中应用广泛,但存在模式计算格点无法充分体现岛屿岛礁的复杂地形特征和很难刻画波浪受到岛屿岛礁影响发生变形物理过程等两个关键问题。多重网格嵌套方案、岛屿次网格地形效应计算方案以及非结构网格、无网格、动态自适应四叉树网格等技术在体现岛屿岛礁复杂地形方面取得了较好的效果;将相位解析模型与波浪能谱模型优势互补是提高能谱模型对岛屿近岸波浪变形物理过程计算能力的一个有效方法。开展球坐标系下波作用密度谱方程的自适应四叉树网格求解方法研究,借鉴相位解析模型最新成果完善能谱模式的绕射、反射、底摩擦等物理过程,是提高岛屿岛礁海域海浪精细预报技术水平的前沿性、探索性研究方向。     

中国海及邻近海域卫星观测资料同化试验

利用1个基于POMgcs海洋模式和多重网格三维变分同化方法建立的中国海及邻近海域海面高与三维温盐流数值预报模型,通过一系列数值试验,研究了同化卫星测高和卫星遥感海面温度观测资料对该模型预报能力的影响。试验结果表明,同化卫星测高资料可明显改善海面高度与三维温度和盐度的分析预报效果,使1 200 m以上的温度预报误差减小0.16℃,并能有效提高对海洋中尺度现象的预报能力;同化卫星遥感海面温度对100 m以上的温度和盐度的预报效果有所改善,可使海面温度的预报误差减小10%。     

Modeling of storm-induced coastal flooding for emergency management

This paper describes a model package that simulates coastal flooding resulting from storm surge and waves generated by tropical cyclones. The package consists of four component models implemented at three levels of nested geographic regions, namely, ocean, coastal, and nearshore. The operation is automated through a preprocessor that prepares the computational grids and input atmospheric conditions and manages the data transfer between components. The third generation spectral wave model WAM and a nonlinear long-wave model calculate respectively the wave conditions and storm surge over the ocean region. The simulation results define the water levels and boundary conditions for the model SWAN to transform the storm waves in coastal regions. The storm surge and local tides define the water level in each nearshore region, where a Boussinesq model uses the wave spectra output from SWAN to simulate the surf-zone processes and runup along the coastline. The package is applied to hindcast the coastal flooding caused by Hurricanes Iwa and Iniki, which hit the Hawaiian Island of Kauai in 1982 and 1992, respectively. The model results indicate good agreement with the storm-water levels and overwash debris lines recorded during and after the events, demonstrating the capability of the model package as a forecast tool for emergency management.     

一个基于MOM的全球海洋数值同化预报系统

随着国家战略利益的拓展,国家对全球海洋环境预报保障的需求日益凸显。近年来,国家海洋环境预报中心研发并建立我国首个涵盖全球大洋的"全球海洋数值预报系统",该预报系统由MOM4全球海洋环流模式及三维变分同化系统组成。该系统的建立,实现了全球范围海洋环流预报业务全覆盖,为我国探索深海大洋环境的迫切需求提供有力保障,明显提升了我国海洋环境预报能力,体现了我国海洋数值预报技术的发展和进步。该系统的历史回报试验和业务化试运行结果表明其对全球海洋环境要素具有较好的预报能力,其预测结果已经在实际业务中得到了应用,在"雪龙号"极地遇险脱困、马航MH370失联飞机搜救等重大事件的预报保障任务中发挥了重要作用,为我国实施海洋强国战略,推进实施"21世纪海上丝绸之路"的战略构想,应对海上突发事件、维护国家海洋权益等各个方面提供有力的科技支撑和保障,并成为我国全球海洋预报业务的重要参考依据。     

西北太平洋浪流相互作用对有效波高的影响研究

西北太平洋强流区会对海浪的特征和分布产生显著的影响,尤其是研究台风过程中海流与海浪的相互作用具有重要的研究意义。本文以ROMS海洋模式和SWAN海浪模式为基础,构建了浪流耦合模式系统,对2013年10月6-17日间的台风“丹娜丝”、“百合”、“韦帕”过程中西北太平洋浪流相互作用中海流对有效波高的影响进行了研究。通过对比模式模拟有效波高与浮标观测资料,发现耦合后的有效波高比非耦合结果更接近观测值,耦合模式中海流的存在对有效波高的分布有明显的影响。研究表明,特别是在有效波高峰值处,海流引起的有效波高增大最大可达1 m。海浪浪向及流向的空间分布以及中国近海浮标处浪向与流向的时间序列表明,流向与浪向反向时,海流的影响造成有效波高增大;二者同向时,有效波高减小。海流对有效波高的调整会沿着海浪传播的方向传播相当一段距离。在西北太平洋的海浪场计算中,引入海流的耦合模式计算结果对改善强流区海浪预报具有重要意义,并且海流的模拟精度对于高精度的海浪预报非常重要。     

东亚夏季风降雨的可预报性研究

本文根据CMAP(The Climate Prediction Center Merged Analysis of Precipitation)观测资料,使用相关系数和均方根误差,对CHFP2(Coupled Historical Forecast Project, phase 2 )的2个模式对东亚夏季降雨的季节预报技巧作出评价。在完美模式的理论框架下,分别使用基于信噪比的潜在相关系数和基于信息熵的潜在可预报性指标,对该区域主要针对夏季降雨的可预报性作出评价。通过最可预报分量分析(PrCA),得到季节降雨的最可预报型。将最可预报型投影到海温场,得到了降水最可预报型对应的海温分布。研究发现:相关系数所反映的预报和观测的线性相关程度总体上是低纬度海洋区域比高纬度陆地区域高,而均方根误差反映的则是在海洋区域降雨预报偏离实际值的程度较陆地区域大,预报水平与目前降雨的季节预报水平相符。潜在可预报性估计表明,潜在可预报率存在空间上的变化,从低纬度向高纬度、从海洋到内陆,呈衰减趋势。同时,信号和噪音的分析表明,信号成分占主导作用,形成了潜在可预报率的空间分布格局,暗示了海洋外强迫的重要作用;中国大陆缺少像海洋区域那样明显的外强迫,因此降水季节预报技巧相比热带海洋区域非常有限。海温投影的分析表明海洋的外强迫是东亚降雨季节预报的重要来源。尽管厄尔尼诺本身的复杂性,它对东亚夏季风的重要影响及其与东亚降雨预报之间的遥相关揭示了它们内在的联系。     

卫星高度计波高数据同化对西北太平洋海浪数值预报的影响评估

通过数值试验验证卫星高度计波高数据同化对西北太平洋3 d海浪预报的改进效果。驱动海浪模式的强迫场采用国家海洋环境预报中心基于MM5模式预报的风场,波高数据同化使用的观测数据是Jason-1卫星高度计有效波高。用最优插值数据同化方法获得海浪有效波高的最优估计并重构相应的海浪方向谱,以此为初始场进行为期3 d的数值预报试验。与没有同化的预报进行了比较和分析,结果表明卫星高度计海浪数据同化对0~72 h预报有不同程度的明显改善,改进程度随预报时效的增加而减少。     

海洋预报和实况信息网络远程终端系统

文章着重研究一种海洋信息的多用户自动分发手段，通过电话线路自动拨号直接将预报产品及实况信息自动传输到各个用户的远程微机并显示。在信息发布端，操作人员要把需要发布的信息施入代表远程终端的文件夹，在无人值守的远程终端将自动存贮和显示图文并茂的最新信息，为政府、指挥、防汛等决策部门，提供最快、最便利的海洋信息。