基于Delft3D模型的风暴潮增减水模拟研究——以“9711”号台风为例

为了精确模拟"9711"号台风期间风暴潮增减水过程,考虑耦合作用下的非线性,利用Delft3D建立三维天文潮和风暴潮耦合模型,利用实测数据进行了验证,探究了台风经过日照港时风暴潮增减水过程。结果表明:(1)"9711"号台风引起的风暴潮增减水位呈现周期性变化,其变化周期与天文潮周期相近;(2)风暴潮期间,日照港西南侧海域增减水幅度较大,增水时,NE流向与SW流向的潮流在该区域相遇叠加,使增水幅度加重,减水时,该区域潮流由SW向NE流动,使减水幅度加重;(3)非线性引起的水位变化在风暴潮的水位变化过程中起负相关作用。     

渤海风暴潮与天文潮耦合作用的数值模拟

本文以4个主要分潮之和为开边界的输入条件,对渤海几类主要天气形势引起的风暴潮与天文潮之耦合作用进行了数值模拟,其计算结果与实测值基本相符.从流的变化与增水的关系上分析耦合作用的规律.结论是:当增水处在当地天文潮的低潮至涨潮时期,耦合作用导致流的向岸分量加强,使增水值加大;反之,增水减小.使增水过程中呈现潮周期波动.风暴潮愈强,潮差愈大,则耦合作用愈大.根据其规律,可对预报的风暴潮进行订正.     

渤、黄海天文潮—风暴潮相互作用及其对极值水位的贡献

基于Delft3D模型建立了中国渤、黄海风暴潮数值模型,选取1979—2020年影响该海域的93场风暴过程（包括台风、寒潮和温带气旋）,模拟了所产生的风暴增水和风暴潮总水位。采用泊松—皮尔逊复合极值分布理论,推算了渤、黄海对应不同重现期的极值水位;通过数值试验,对天文潮—风暴潮非线性相互作用对极值水位的贡献进行了量化分析。研究结果表明,渤海的莱州湾、渤海湾,以及黄海的江华湾、西朝鲜湾风暴增水最大,其中江华湾北侧和渤海湾西南侧的百年一遇风暴增水可达4 m;天文潮—风暴潮非线性相互作用在潮差较大、水深较浅的河口、湾顶区域更为显著,与耦合模型结果相比,非线性作用使极值水位值偏小,天文潮、风暴潮增水的线性叠加可显著高估极值水位,高估的幅值可达0.5~0.8 m。考虑重现期极值水位是海岸灾害防护工程的关键设计参数之一,对海岸构筑物的安全和建造成本影响极大,应重视天文潮—风暴潮非线性相互作用对重现期水位的影响。     

上海沿岸天文潮与风暴潮非线性相互作用的数值研究

运用二维非线性风暴潮，天文潮和联合水位模型８次不同路径的热带气旋引起的上海地区天文潮与风暴潮的非线性相互作用进行了数值研究，讨论了天文潮气与风暴潮非线性相互作用引起的增水特征，分析了控制方程中各非线性项对天文潮与风暴晨线性相互作用引起水位变化的贡献，研究表明，考虑天文潮与风暴的非线性相互作用后，使风暴潮和水位的数值模拟结果得到了改善，非线性底摩擦在控制天文潮和风暴潮非线性相互作用中起重要的作用。而     

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。     

Delft3D在天文潮与风暴潮耦合数值模拟中的应用

本文应用Delft-3D水动力学计算软件,以长江口地区为例建立的台风风暴潮、天文潮耦合数值预报模型,对台风风暴潮、天文潮两潮耦合预报模式进行探研和分析。该模式不同于以往的单纯台风增水模型与天文潮叠加的风暴潮模式,而是在计算中直接对天文潮和台风风暴潮进行两潮耦合,有效地消除了近岸地区潮波与增水之间叠加的非线性影响。通过模拟台风8114和7708过境对长江口的影响,并与实测数据比较,预报结果和实测水位过程的对比说明,台风风暴潮耦合数值预报模式对增水和高潮的过程预报是准确的,两者在高水位时同步且相差甚微。     

0908号台风"莫拉克"风暴潮影响分析

首先分析了0908号台风"莫拉克"从生成、发展到消亡的天气特征及自身特点,并就本次台风对福建沿海造成的风暴潮灾害进行了较详细的分析与总结.本次风暴潮表现出明显的潮周期性,这一现象为天文潮位和风暴增水之间显著的非线性特征,是非线性耦合作用的结果.文中根据天文潮曲线与风暴潮曲线之间的关系,对这种非线性作用进行了初步分析.     

典型海湾风暴潮特征数值模拟与研究

铁山港海湾是一个遭受风暴潮灾害影响较为严重的半封闭型海湾,基于有限元海洋数学模型ADCIRC (Advanced Circulation Model)研究了1409号"威马逊"台风期间铁山港海湾的风暴潮特征及非线性作用。结果表明:当考虑天文潮与风暴潮之间的相互作用时,风暴潮水位的计算结果更加准确,只考虑纯台风影响时,计算结果会低估风暴潮增水值,高估减水值,对预报结果造成较大的误差。海湾内部的增水要远大于湾外,但是减水值则相差不大。通过对天文潮和风暴潮非线性作用的影响因子进行分析,风应力的浅水效应可以忽略,但底摩擦项和对流项影响较大。在海湾内部对流项占主导地位,与天文潮的耦合作用也较强;而在湾外,底摩擦项占优势,耦合作用在海湾内外都较强。天文潮与风暴潮相互作用产生的非线性水位在湾顶处最大可达0.94 m,出现在风暴潮最大减水时刻,风暴潮增水发生后有所减弱,非线性水位表现出从湾外向湾内递增的规律。     

典型海湾风暴潮增水特征与机理研究

以三门湾为例,基于经验模态分解方法 (EMD)将原始风暴潮增水过程进行分解,并对各个子模态进行能量谱分析,研究每种波动对应的生成机制。结果表明:半封闭海湾内的风暴潮增水较为严重,造成三门湾内强增水的台风为三门湾南侧的西北向登陆台风。EMD分解结果显示三门湾内的风暴潮增水包含6 h,12 h,20 h左右的波动,其中6 h左右的波动来源于海湾共振,共振的频率是由海湾的形状、水深等固有性质所决定的。12 h的波动是由于天文潮与风暴潮耦合作用导致,20 h左右的波动是由于台风移动过程中外海波动的传入。结果表明EMD方法为风暴潮波动增水特征的精细认知提供了一种新的思路和方法,可以加深对海湾内风暴潮波动增水特征的研究。     

威马逊台风的实测风暴海流计算及分析

采用潮流调和分析和分离等方法,分析了海流连续观测站上受威马逊台风影响的ADCP海流资料,进行了实测风暴海流的计算。结果显示,风暴海流达到了与天文潮流同等的数量级,并与风暴潮存在一定的关系,如近岸01站风暴潮增水大时,风暴海流量值较大,离岸较远的02站则是在风暴潮变化大时,风暴海流较大。     

条件变化对海口湾风暴增水的影响分析——以海鸥台风为例

以海口湾为例,通过建立天文潮与风暴潮耦合数值模型,以典型强台风海鸥为基础,对未来台风增强、海平面上升和填海工程对海口湾风暴潮的影响分别进行了诊断分析,并计算了三者的共同作用在未来100年对风暴增水最大值的变化幅度。结果表明:1)台风强度增强大幅度增加海口湾沿岸风暴增水最大值,台风强度增强10%时,海口湾沿岸控制点风暴增水最大值增加12%~18%;2)海口湾地区在海平面上升的影响下风暴增水最大值反而减小,仅有部分岸段风暴增水值最大增加,不同海域风暴增水变化对海平面上升的响应不同;3)不合理的人工岛建设方案会显著增加对岸风暴最大增水值;4)在台风增强、海平面上升和不合理的海湾填海共同影响下,未来100年风暴增水最大值将增加12%~28%。显然这样的风暴增水变化会引起严重的灾害和后果,本研究可为海口湾防灾减灾工作提供依据。     

南通沿海台风风暴潮分析及其经验预报初探

利用2000—2011年台风资料、吕泗海洋站水文气象观测资料,对影响南通沿海的台风以及台风风暴潮进行分析。结果表明,近十年影响南通沿海的台风可分为四类,分别为:第一类南通外海北上、第二类浙江外海转向、第三类内陆北上进入江苏并从江苏沿海出海、第四类在浙江一带登陆后又转出海;不同路径的台风引起的风暴增水具有不同特征,相应的经验预报公式亦具有不同形式,其中,第三类台风对南通沿海造成的风暴增水较其他类别的要小;第二类浙江外海转向的台风引起的风暴增水具有显著的半日振荡周期,研究时需考虑风暴潮与天文潮的耦合作用;第一类和第三类台风暴潮极值预报公式经验证后,效果较好。     

龙口港极端设计水位的组合估计

传统的单因素极端设计水位计算方法忽略了天文潮位与风暴潮增水的联合作用.已经提出的天文潮与风暴潮增水的组合方法,也未能把二者当作相关的事件来考虑.选取龙口港连续25 a风暴潮增水和天文潮位资料,采用二维Log-normal理论分布进行计算,估计了多年一遇风暴潮增水与天文潮位的联合重现值,所得极端水位可供海岸防灾部门作为设计参考.     

舟山海域风暴潮特征及数值模拟研究

选择20个对舟山海域有较大影响的历史台风案例,开展定海站实测潮位数据的分析与归纳,总结得出20个台风中风暴潮过程增水最大值为5612号台风的207.1 cm,风暴潮高潮位最大值为9711号台风的283.7 cm。同时,在三维斜压水动力模型SELFE的基础上加入台风气压场和风场模块,建立了一个采用非结构三角形网格的天文潮-风暴潮耦合模型,模拟表明定海站的斜压效应较为明显,非线性耦合作用相对较弱,但两潮耦合风暴潮增水结果仍优于风暴潮单因子增水结果,与实际增水更为接近。在此基础上,以一定间隔在5612号台风原路径南北两侧各设计了2条平行路径,分别模拟两潮耦合风暴潮增水,结果表明5612号台风参数沿其原路径偏南1个最大风速半径距离的S1路径运动时可模拟得到定海站可能最大风暴潮增水为243.9 cm。最后,在S1路径下模拟可能最大风暴潮增水分别遭遇天文高、中、低潮位时的风暴潮高潮位,结果表明天文潮高潮时可得到可能最大风暴潮高潮位约为400 cm,天文中潮时次之,而天文低潮时风暴潮高潮位最低。     

孟加拉湾1991-2020年风暴潮模拟及湾顶最大增水的时相特征

研究风暴潮期间的增水过程、振幅和时相特征对提高风暴潮实时预报的精度和减轻灾害损失具有重要价值。采用径流、潮汐、风、波浪耦合模型模拟了孟加拉湾1991-2020年期间对湾顶布里斯瓦尔河口一带增水影响最大的28次热带气旋过程。结果显示,由风暴潮总水位减去天文潮位得到的总增水极值相对于天文潮高潮位的出现时刻集中于涨潮阶段,占总次数的89.3%,并且集中于高潮位前的3 h和4 h。增水过程呈现“（准）孤立波”和“（准）周期性振动”两大类型,其中孤立波形式的增水过程有的在涨潮阶段便完成,也有的持续一个完整的涨、落潮阶段。风暴潮增水-天文潮相互作用曲线具有与天文潮同样周期的振动特征,其振幅与潮差的大小相关,呈现出“涨峰-落谷”与“涨谷-落峰”两种类型,二者具有180°的相位差。热带气旋的行进方向与潮流同逆向、登陆时的潮相、海岸陷波（边缘波）的形成与传播等是决定总增水极值时相特征的主要动力机制。     

一次典型寒潮风暴潮过程的数值模拟研究

建立了渤海及邻近海域天文潮与风暴潮的耦合模型。在验证的基础上,以2003年10月寒潮为例,分析了寒潮作用下渤海沿岸的增、减水及潮流场的时空分布变化特征。结果表明,寒潮作用下渤海湾沿岸增水幅度较大,水位振荡明显;潮流运动发生较大改变,局部海域的往复流转化为单向流,可能会影响渤海湾沿岸泥沙的运动。     

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,...     

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。     

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.     

广东省徐闻沿海风暴潮数值模拟与淹没危险性分析

基于ADCIRC模型建立了徐闻高分辨率的风暴潮模型,并以1415号台风"海鸥"路径为基础,通过路径平移构建了一系列台风路径,模拟计算了徐闻沿海风暴增水.结果 表明:徐闻东部沿岸的风暴增水最大,主要原因在于东部沿岸的独特地形特征以及该区域受到的有利台风路径影响.在上述工作的基础上,耦合海浪和天文潮的作用,计算10个不同等...