海平面上升背景下中国沿海台风风暴潮脆弱性分析

沿海地区既是我国人口、经济和社会发展的重要区域,又是自然灾害易发和频发区域。基于中国沿海1989—2008年台风风暴潮增水数据、航天飞机雷达地形测绘任务3秒数字高程模型(SRTM3 DEM)数据、2009年县级行政区数据、2005年100m土地利用栅格数据、2003年平方公里人口和国内生产总值(GDP)数据,进行了中国沿海海平面上升背景下的中国东部沿海台风风暴潮脆弱性分析。采用线性回归法得到海平面上升值,采用回归分析法得到风暴潮回归周期和相应潮高,采用高程面积法得到风暴潮土地利用淹没图,采用地统计法得到各高程内被淹县市土地利用面积、被淹人口和GDP。研究结果表明,珠江三角洲地区、长江三角洲和长江以北的江苏北部沿海地区、莱州湾及黄河三角洲和渤海湾与辽东湾地区是我国沿海三大主要台风风暴潮脆弱区,也是今后台风风暴潮重点预防地区;农田、水域与建设用地是沿海地区最易遭受风暴潮增水淹没的3种土地利用类型。     

海口市风暴潮分布特征与影响因子探析

基于1980—2017年实测潮位等资料,运用统计分析和数值模拟方法研究了海口市风暴潮分布特征与影响因子。结果表明：海口市受风暴潮影响较频繁,年均2.79次,通常发生在7—10月,且风暴潮引发的潮灾概率较大;风暴增水平面分布表现为：东寨港风暴增水强度位居第一,其次是秀英港,第三是海甸岛,南港增水相对较弱。影响因子体现为：地形的权重通常比热带气旋移动路径更大;热带气旋移动速度对海口市风暴增水有明显影响,移动速度为14~19 km/h时,风暴增水往往达到最大。     

浙江沿海台风风暴潮时空分布特征分析

本文通过对1950～2009年60年间270次台风风暴潮过程中最高潮位和最大增水数据进行统计和分析,得到了浙江沿海地区风暴潮增水和高潮位的时空分布特征。     

台州沿海地区台风风暴潮淹没风险分析

台州市是我国遭受台风风暴潮灾害最为严重的地区之一,对台州地区进行风暴潮淹没风险分析对于该区域的海洋防灾减灾工作有着十分重要的意义。找出对整个评估区域各控制点均能产生较大增水的台风路径作为淹没风险分析的基础路径,同时为保守起见,保证每次台风过程的最大增水均叠加在当地天文高潮上,根据台风强度不同分为6个等级对应风暴潮的不同强度,评估分析六个不同等级的台风风暴潮叠加到台州当地天文高潮所产生的风暴潮灾害。评估中还充分考虑了实际一维海堤等对评估结果的影响,评估结果更加合理。从分析的结果来看,由于台州市区高程普遍偏低,一旦出现海水漫堤的情况,将会在评估区域内造成大面积的淹没,受灾程度视淹没深度和范围不同而不同。     

普陀沿海风暴潮淹没危险性评估

基于ADCIRC模型,建立了1套适用于舟山市普陀区的高分辨率风暴潮漫滩数值模式,对历史上影响该海域最严重的台风——9711号"维尼"进行风暴潮过程模拟,结果与实测吻合良好。以9711号台风路径为基础,构造了对普陀区沿海最有利增水的台风路径,并设定了5个不同强度的天气系统,充分考虑海堤对风暴潮淹没的影响,模拟得到了不同强度等级下普陀沿海风暴潮的最大可能淹没范围。结果表明,将风暴增水叠加到当地的天文高潮位上时,普陀区本岛区域和六横岛地区都存在着风暴潮淹没风险,水位均超过了当地的警戒潮位线,由于其近岸区海堤内的高程普遍较低,一旦出现海水漫堤的情况,将在普陀主城镇区发生大面积的淹没,淹没水深最大达2.5m左右,淹没面积达到26km2。     

考虑溢流条件下的核电厂址风暴潮模拟与研究

基于ADCIRC建立了三门湾风暴潮模型,模型模拟结果与实测数据吻合较好。以可能最大热带气旋参数为基础构建了多种假想台风路径来计算三门核电厂址处的可能最大风暴潮增水。结果表明,NW向登陆且距离核电厂址左侧为R(最大风速半径)时的假想台风使得三门核电厂址处的增水达到最大,风暴潮增水最大值为4.58 m。将可能最大风暴潮增水叠加天文高潮位进行计算,厂址前沿处水位达到了7.75 m,而三门湾顶附近的最高水位已经达到9 m,超出了三门湾沿岸海堤高程。将三门湾沿岸陆地依照高程概化为计算区域进行漫堤计算,当天文高潮位叠加可能最大风暴潮水位时,三门湾沿岸会发生漫堤溢流现象,淹没范围最严重的区域出现在湾顶处,最大淹没面积达到了120 km2。此时厂址前沿最高潮位为7.25 m,与不溢流相比下降了0.50 m。本研究可为三门核电厂址的安全防护提供科学依据。     

江苏近海风暴潮增水数值模拟研究

为研究江苏近海海域风暴潮的特性以及为该海域风暴潮增水变化机理及后报做铺垫,本文基于FVCOM(Finite Volume Coast and Ocean Model)海洋模式和Jelesnianski圆形台风风场模型,建立了江苏近海风暴潮数值模型,并对江苏近海的天文潮以及1109号台风和1210号台风引起的风暴潮进行模拟。结合验潮站水位观测,研究了连云港站和吕泗站的天文潮和风暴潮增水过程。我们将风暴潮与天文潮非线性作用下的风暴潮增水和纯风暴潮增水过程进行对比,讨论了天文潮与1109号和1210号台风风暴潮之间的非线性作用引起的增水特征。结果均表明,在天文潮高潮时,天文潮和风暴潮之间的非线性作用可以抑制增水,在天文潮低潮时,天文潮和风暴潮之间的非线性作用有利于增水。除了气象因子以及天文潮和风暴潮之间的非线性作用外,该海区的地理环境也对台风风暴潮增水产生影响。因此对江苏近海的海岸线变化和浅滩地形变化进行敏感性试验,结果表明,本文所设计的海岸线变化对该海域的风暴潮增水影响较小,江苏沿海岸线的向外推移使得江苏海域风暴潮的增水略微上涨,而本文所设计的地形的变化对风暴潮增水影响较大。     

福建沿海风暴潮特征的分析

通过普查1960-2001年正面登陆我国东南沿海的台风,分析了福建沿海风暴潮的特征及其可能原因。台湾海峡特殊地形对福建沿海风暴潮的时空分布有明显影响,登陆岸段不同,台湾海峡对风暴潮的影响作用也不同,导致福建沿海风暴潮出现明显不同的分布和变化特征。当台风位于台湾海峡时,其大风区位置利范围不同,会影响福建沿海各地风暴增水的幅度。台风横穿台湾海峡时,易使福建沿海台风大风区中心岸段出现双增水峰现象,第一个增水峰出现在台风离开台湾岛进入台湾海峡后,第二个增水峰出现在台风登陆福建沿海前后。台风横穿台湾海峡有时会引起台湾海峡北部出现奇异增水现象,风暴潮与天文潮之间的相互作用可能是其重要原因。奇异增水峰往往出现在天文潮低潮附近,此时实际潮位并不高。     

090415渤海黄海北部灾害性海浪风暴潮过程灾情成因分析及灾后反思

2009年4月15日,受强冷空气和低压槽共同的影响,渤海、黄海北部形成4～5m的巨浪区,龙口外海的康菲海上石油平台实测最大有效波高4.8 m;渤海湾塘沽潮位站实测最大风暴增水173 cm,黄骅潮位站实测最大风暴增水176 cm.河北省、山东省、天津市沿海发生了较严重的温带风暴潮和海浪灾害,遭受到不同程度的经济损失和人员伤亡.此次过程是自2007年3月3日发生渤海黄海特大温带风暴潮海浪灾害以来较为严重的一次海洋灾害.本文简要分析了风暴潮与海浪灾害的天气形势及海浪风暴潮特点,讨论了海洋灾害的成因,并就其灾后反思及预防对策进行了探讨.     

福建中南部沿海风暴潮统计特征分析

利用福建中南部沿海4个主要验潮站历史风暴潮资料,对福建中南部沿海风暴潮进行了季节和年际统计特征分析,同时对风暴潮增水和高潮位最大增水划分等级进行统计特征分析,并对最高潮位超警戒潮位频数进行统计分析。结果发现:福建中南部沿海风暴潮存在显著的季节变化,7—9月为一年之中发生最多的月份;福建中南部沿海风暴潮年发生频数分别在1960—1965年、1990—1995年和2000—2005这3个时期出现峰值。福建中南部沿海风暴潮出现较强的风暴潮(增水100 cm以上)次数并不多,过程增水和高潮位增水的年代际变化特征不明显。福建中南部沿海超警戒潮位频数自2000年后出现上升趋势,反映了风暴潮灾害风险程度的上升。     

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50~80 m,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19 a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。     

闸坡站风暴潮增水与热带气旋登陆点及路径的关系

将1992～2006年15a间影响和登陆闸坡站的热带气旋按照登陆点和移动路径进行分类．研究各类热带气旋在闸坡站引起的风暴潮增水峰值的出现时间与热带气旋登陆点及移动路径的关系，定性分析热带气旋风场结构对风暴潮增水的影响并经过2007年至今风暴潮增水预报过程中的实例检验．结果表明：闸坡站的增水类型与热带气旋的登陆地点和路径关系密切．在闸坡站登陆的东北行热带气旋引起的风暴潮增水多出现在登陆前，其他路径则出现在登陆时或登陆后；在闸坡以西登陆的热带气旋引起的风暴潮增水峰值一般发生在登陆时或登陆后1h以内；在闸坡站以东登陆的热带气旋引起的风暴潮增水峰值一般发生在登陆前10h以上；而其他类型的热带气旋引起的风暴潮增水由于个例较少规律尚不明显．     

浪流耦合对汕尾港台风风暴潮模拟的影响

利用浪流耦合的无结构网格嵌套海洋模式,选取对汕尾沿岸海域影响较大的两次台风风暴潮过程进行模拟,分析浪流耦合作用对汕尾风暴潮增水的影响。结果表明:考虑浪流耦合的影响不仅能够将汕尾港风暴潮主振阶段的增水模拟误差减小5～10 cm,而且可以更好地刻画出港内增水的双峰结构,使得模拟结果的增水峰值时刻准确度提高近1 h。进一步的分析发现,汕尾港内浪致增水过程先于大风、低压引起的增水过程。同时,流场结果的对比表明:在风暴潮主振过程期间,浪流耦合作用对红海湾内的流场影响较为稳定,而对汕尾港入海口的流场影响较大。研究结果对防灾减灾和应急搜救工作有一定的参考意义。     

镇海站强风暴潮增水特征分析

宁波镇海海洋站为浙北沿岸较典型的验潮站,且其风暴潮增水资料序列也相对较长。文中通过对近几十年来镇海站70 cm以上风暴增水过程的分析,研究其强风暴潮增水过程的总体特征。文章还具体分析了3种不同路径台风造成的强风暴潮增水的特点,从而为以后该站强风暴潮增水的预报提供借鉴。     

珠江口伶仃洋风暴潮传播特性及影响因素数值模拟研究——以台风“山竹”为例

基于FVCOM海洋模式对珠江口伶仃洋内及周边海域的风暴潮增水传播过程进行研究。首先,建立珠江口风暴潮模型,采用超强台风“山竹”作为典型案例进行风暴潮过程模拟,并对模型的计算结果进行验证,发现模拟结果和测站潮位结果比较吻合;然后,对伶仃洋在“山竹”登陆前后的风暴潮增水过程的时空分布及变化特征进行分析。从伶仃洋湾口到湾顶选取12个点进行时间序列分析,发现除了因距离外海远近不同导致的相位差异外,基本特征相似,符合国际上类似海湾内的风暴潮增水波动特征,可分为初振段、主振段和余振段。为了进一步研究台风参数差异对伶仃洋风暴潮增水的影响,本文基于“山竹”超强台风的特征参数,设计了一系列变化条件下的数值试验,结果发现：（1）台风的登陆时间会影响到风暴潮增水和天文潮之间的相位关系,进而影响到增水的大小。如果风暴潮增水极值正好在天文潮高潮位,风暴潮增水就会削弱,而风暴潮增水正好在天文潮低潮位,风暴潮增水就会增强。（2）台风中心压差决定了台风风力的大小,从而影响风暴潮增水。但是在同一海湾内的影响在空间上并不相同,在较浅区域影响大而较深区域影响小。（3）台风路径会对风暴潮增水产生较大影响。基于“山竹”的路径,...     

影响我国的重大台风风暴潮时空分布

统计了1949-2009年 间发生在我国大陆沿海的38次达到红色预警级别的重大台风风暴潮过程,分析了其在空间、时间上的分布规律.分析结果表明:红色台风风暴潮灾害的发生次数呈上升趋势,且多发生在7-9月间,9月最多:长江口到福建泉州一带沿海和珠江口到海南岛东北部一带沿海是红色台风风暴潮灾害的高风险区.     

胶州湾高分辨率三维风暴潮漫滩数值模拟

基于海表气压项改进的FVCOM(Finite-Volume Coastal Ocean Model)海洋模式,研发胶州湾高分辨率三维风暴潮漫滩数值模式(JS-FVCOM).利用 JS-FVCOM 模式通过对天文潮、台风强度和径流3要素的不同组合,共设计了5个试验,分别进行风暴潮漫滩模拟实验.分析各试验结果得到如下结论:(1)随着台风最大风速的增加,风暴潮增水迅速增加,当综合水位超过防潮堤高程后增水速度明显减慢.海水淹没范围和淹没深度受综合水位超防潮堤高程时间影响明显.(2)在入海河流的河口区,当洪水位与高潮位相遇时,由于高潮位的顶托作用,洪水下泄不畅,造成综合水位上升明显,极易发生海水漫溢现象.JS-FVCOM 的模拟结果清楚地再现了海水漫堤的淹没过程,可为紧急情况下的人员疏散提供科学的基础数据.     

一个高分辨率的长江口台风风暴潮数值预报模式及其应用

利用河口海岸海洋模式(ECOM-Si)建立了一个适用于长江口区风暴潮的数值预报模式.该模式采用对岸线有较好拟合能力的自然正交水平坐标系统和能分辨较复杂海底地形的垂直σ坐标系统.模式考虑了长江口径流量对风暴潮的影响,部分地考虑了天文潮和风暴潮非线性相互作用对风暴增水的影响.风暴潮预报的大气强迫场用模型气压场和模型风场.利用所建立的模式对长江口区台风风暴潮进行了8个个例模拟,模拟增水与实测增水的峰值相比较,平均绝对误差不足10cm.利用本研究建立的模式,就气象因子对风暴潮位的敏感性进行了数值试验.试验结果表明,台风中心气压降低(升高)20hPa可导致约100cm的风暴潮位升高(或降低).台风最大风速半径误差对台风增水的变化影响也较显著.试验还表明,长江径流量增加1倍(减半),可以造成风暴潮的平均增加25cm(减小13cm).天文潮位相变化对风暴增水的影响数值试验表明,当台风暴潮与天文潮在不同位相相互作用,可使风暴潮位最大增加达70cm或减小90cm.     

渤海风暴潮对沿岸增水的影响及灾害风险评估

近10多年来,我国围填海工程发展迅速,渤海海岸线变化明显,岸线变化会改变潮波传播并影响风暴潮增水。基于FVCOM海洋动力学模型,利用潮汐和风场强迫,建立了渤海风暴潮模型,根据2000年岸线和2010年岸线,分别模拟了包括台风风暴潮和寒潮风暴潮在内的4次典型风暴潮过程,对模拟数据和实测数据进行统计分析,模拟结果与实测数据基本一致。研究了岸线变化前后,渤海风暴潮对近岸増水的影响,并对曹妃甸港、天津港和黄骅港的风暴潮增水灾害进行了风险评估。     

渤海风暴潮概况及温带风暴潮数值模拟

分析研究表明,天津沿海是世界上风暴潮最频发区和最严重的区域之一,风暴潮灾一年四季均有发生,除夏季有台风风暴潮灾害发生外,春、秋、冬季均有灾害性温带风暴潮发生.采用球坐标系下的二维风暴潮模式,对1969年4月23日引起渤海最大温带风暴增水过程进行了数值模拟.对风场和增水过程的计算结果验证表明,该模式可用于温带风暴潮的工程计算,并且只要依据文中方法计算出预报气压场和风场,该模式也具有预报能力.