应用特征波预报公式进行台风浪计算的一个根本缺陷

Wilson方法和井岛方法均是移动风区上著名的波浪推算方法,被广泛应用于台风波浪的推算和预报上。本文通过分析指出:使用上述方法以海洋工程界所推行的风浪预报公式作台风浪推算时,所得特征波波陡将与台风浪实测波陡分布定性不符,并指出产生这种缺陷的原因。     

临港新城海域波浪影响下的码头不利作业天数分析

使用临港新城海域连续1 a的波浪实测资料,并依据码头不利作业标准,进行波浪影响下不利作业天数的分析论证。同时,使用芦潮港同步风资料建立相关关系,利用多年连续风资料推算的波浪影响下不利作业天数进行验证。     

利用长、短期波高分布规律确定多年一遇有效波高

许多单位对北部湾中涠洲岛西南(20°27′N,109°38′E)海区设计波要素的推算作了大量的工作,为该海区海洋工程设计提供了海洋环境参数。从有关的资料中看出,大家采用的实测资料大都是来自北部湾沿岸海洋站的风、浪资料,主要的是以涠州岛海洋站的风、浪资料,涠洲岛西南海区离岸较远,水深为42米,而有长期资料的涠州岛海洋站在岸边,水深为19米,利用岸边资料推算外海波浪,一般多使用相关分析法和外推法(分析波浪到达岸边前的传播过程中的变形,由近岸的波浪观测值反推外海的波浪要素)。由于涠西南海上实测风、浪资料甚少,各单位在资料选取方面的不同,选用的推算方法的不同,以致于推算出的多年一遇设计波高产生了一定的差异。因此,为了定出较为确切的多年一遇有效波高,应用于海洋工程设计,我们利用了海上平台、海上浮标、涠洲岛海洋站的波浪资料,采用各种计算方法,分别用长、短期实测波浪推算多年一遇有效波高,然后,作出同种波浪资料,长、短期推算结果比较,作出岸边和外海不同波浪资料,同时间短期推算结果比较,作出外海浮标和平台不同时间短期推算结果比较。最后综合分析各种资料的可靠性和代表性以及长期与短期资料推算结果的可靠误差,确定涠西南海区的多年一遇有效波高。     

长江口水域波浪数值计算

利用高阶非线性抛物型缓坡方程对长江口水域的波浪传播变形作了推算,依据测站的资料分析数值模式中的底摩阻因子和风能输入因子对波浪传播的影响,进而确定其参数。针对不同导堤结构型式,分析了潜堤的波浪传递系数,最后对长江口二期整治工程完成后水域的波浪场作了推算。     

妈湾港的波浪特征与台风浪推算

本文依据赤湾波浪站的实测资料,对妈湾港水域的波浪作了统计分析。又依据亦湾、深圳等气象台站15—30年风的资料,用交通部《港口工程技术规范》中的方法及Ippen方法对妈湾港水域不同重现期的台风极值波浪进行推算,结果是令人满意的。     

推算波浪多年一遇波高的新方法

采用卫星遥感推算多年一遇波高的新方法，对中国近海多年一遇波高进行推算研究。运用卫星遥感散射计得到的风资料推算了整个渤海区域波浪多年一遇的波高分布。通过与有实测资料4个点推算的结果比较表明：卫星资料和实测计算的误差随着重现期的增大而减小，最大误差百年和50年一遇波高为20cm；而百年和50年一遇波高正是工程中最为关心的，说明运用卫星遥感散射计风资料推算渤海多年一遇波高可行且结果合理。本研究方法为进一步运用和完善卫星遥感资料推算中国近海多年一波高场提供了一条新途径。     

基于模拟退火的改进型混合差分演化算法及其在设计波浪要素推算中的应用

将模拟退火算法与改进的差分演化算法相结合,提出了一种新的混合差分演化算法.通过对标准测试函数优化求解的数值实验,表明该算法的收敛速度和稳健性确有提高,并发现校正变异和校正选择操作的引入相比模拟退火思想更能有效的改进算法的收敛速度和稳健性.以P-Ⅲ型分布为例,分析了设计波浪要素推算的主要问题,以及该算法在设计波浪要素推算中的应用方法,并通过理想样本实验证明了其精确性.最后给出了在成山头海域多年一遇极值波高推算中的应用实例,并与矩法适线结果进行了比较。     

三沙近海海域灾害性海浪数值推算

以南海２０年再分析风场作为驱动场,采用波浪模式ＷＡＶＥＷＡＴＣＨ-ＩＩＩ对南海１９８６—２００５年波浪进行了数值模拟。通过波浪模拟结果与Ｔ／Ｐ高度计波浪资料和台风浪观测资料的对比验证,表明本文波浪计算结果较好。利用模拟结果对三沙海域波浪进行了统计分析,发现三沙海域年平均波浪方向以ＮＥ 向为主。选取中沙群岛近海点进行重现期推算,发现其百年一遇有效波高可达到１６．２ｍ,百年一遇平均周期可达到１６．７ｓ。海区波浪较大,对灾害性海浪的预警和风险评估不可忽视。     

杭州湾海域50年一遇波浪数值模拟研究

杭州湾外围海域岛礁众多,波浪传播机制复杂。为了了解该海域的波浪分布特征,采用MIKE 21 SW模块建立了杭州湾海域波浪数值模型,利用实测波浪资料对模型进行了验证,结果表明该模型适用于模拟杭州湾海域的波浪传播。利用1970—2002年嵊山海洋站实测极值波浪资料推算50年一遇波浪要素,将其作为模型边界条件,对杭州湾海域50年一遇的设计波浪进行了模拟,并对该海域的波浪传播特征进行了分析。结果表明,杭州湾内波高较之外海明显减小,外围众多岛礁起到了很好的遮挡保护作用。     

龙口湾及其附近海域的波浪数值计算

本文利用龙口海洋站的风资料,采用海浪方向谱方法,对龙口湾及其附近海域进行波浪数值计算,绘制 NE、N、NW、SW 方向五十年一遇的风产生的浪的等波高线和等周期线图,并分析计算了区域内的波浪分布状况及其变化规律。     

两类典型台风路径影响下的黄、渤海海浪场特征研究

台风引起的海浪灾害对我国黄、渤海沿岸影响巨大,严重威胁相关区域人民群众生命财产安全。本文主要利用ERA5(the fifth generation European Center for Medium-Range Weather forecasts atmospheric reanalysis of the global climate)风场研究了两类不同移动路径下的台风(1909号台风“利奇马”和1109号台风“梅花”)在黄、渤海区域的海浪场的时空分布特征及风-浪成长关系。结果表明:两个台风引起的海浪的有效波高空间分布明显不同,波高的分布和风速对应,而海浪周期与风速、波高的分布无明显相关性,波向较风向偏于台风移动方向且两者偏差较大;两个台风进入黄海之前就形成一个从黄海向渤海的“涌浪舌”。海浪成分方面,台风“利奇马”引起的沿海区大浪主要是风浪,而台风“梅花”移动路径的右侧以风浪为主,左侧则主要是涌浪;通过建立无因次波高与无因次周期的幂律关系、以及有效波高关于风速的二次多项式变化关系,研究了风-浪成长特性,结果发现,台风浪的成长特性与台风过程关系不明显,但与所处水域的水深和海底地形地貌有关,表现为两个台风在黄海区域的台风浪成长较渤海区域更为充分。     

风浪状态对海面粗糙度影响

风浪状态参数常用于对海面粗糙度的参数化。中等风速条件下考虑风浪状态参数影响的海面粗糙度参数化方案常存在自相关效应,本文通过分析实测数据得到了无量纲粗糙度随波陡变化的参数化方案,该方案能够有效去除自相关效应;高风速下风浪状态对海面粗糙度仍存在影响,文中基于新得出的中等风速下的海面粗糙度参数化方案,考虑海面飞沫悬浮层的影响,建立了适用于高风速条件下的海面粗糙度参数化方案,该海面粗糙度方案同样考虑了波陡的作用,将该方案计算出的理论值与实测数据进行比对,发现随着波陡的变化,理论值基本涉及测量值的覆盖范围,说明新建立的高风速条件下海面粗糙度方案对海面风浪状态具有较好的敏感性,且该方案能够较合理地描述海气界面之间动量传输。将新提出的适用于高风速下的海面粗糙度方案加入到海浪数值模式中,模拟飓风Ivan产生的台风浪,利用浮标数据进行验证,结果显示模拟的有效波高相对模式默认方案具有较高的精度,说明采用本文新建立的适合高风速的海面粗糙度方案能够改进海浪模式的台风浪有效波高模拟结果。     

波浪、潮流和风暴潮耦合模式及悬沙输移规律的研究

近年来，由于河口、海岸地区的泥沙运动与港口、航道以及海岸的冲淤有着直接的关系，对一些海岸建筑物比如防波堤、护岸工程等造成一定的威胁，甚至于使其完全丧失使用价值，造成巨大的损失。为此人们越来越重视对这一问题的研究。本文为估计岸滩的冲淤变化和了解岸滩的演变规律，对影响泥沙运动的海洋动力要素进行了研究。 为研究悬沙的输移规律，建立了一个由两部分组成的二维悬沙模型系统：①水动力模式。建立了一个综合多因素的二维波浪、潮汐和风暴潮耦合模式，以此来研究波、潮、风暴潮间的相互作用，并为泥沙计算提供流速场。②二维悬沙模式。运用得出的流场来研究悬沙的输移扩散规律。其中所采用的波浪模式是将流对波浪场的影响同时加以考虑的耦合数学模型，将流速加入波能方程，并考虑由于水面的升降而产生的不定常水深对波浪场的影响，再将波浪场对流场的影响通过辐射应力、考虑波浪影响的底应力以及依赖波龄的表面风应力耦合到流场中，从而建立了一个综合多种因素的波浪、潮汐、风暴潮联合作用下的二维悬沙模型系统。并在此模型系统的基础上，对黄河口泥沙的输移问题作了探讨，为今后的防堤、护岸工程提供依据。     

黄河入海物质输运通道

渤海水体浊度的分布及其季节变化反映了悬浮物质的分布、输运及其季节特征。本文利用2012—2016年渤黄海8个航次现场观测的水体温度、浊度数据,并结合CCMP(Cross—CalibratedMulti—Platform)风场数据、ROMS(RegionalOceanModelSystem)海流数值模拟结果,分析了渤海海域水体浊度季节分布特征。水体浊度的大小与风速的季节变化密切相关,冬季,黄河口及附近海域的浊度值最高,离岸31km到56km处浊度值从180NTU迅速下降至54.3NTU,而其他季节的浊度较低;渤海全年20m以深海域再悬浮较弱,以水平扩展为主。进而甄别了黄河口附近高浊度水体向渤黄海输运的两条路径,分别为:冬夏季均存在的沿渤中浅滩西侧通道向渤海北部扩展和冬季存在的沿莱州湾湾口向渤海海峡南部及北黄海输运,该两条路径主要由环流场控制。     

黄河三角洲海上风场再分析资料对比

再分析风场资料在海洋气象的研究中得到广泛应用.本文基于黄河口区域孤东59井验潮站和桩西106验潮站现场观测资料,对CCMP(cross-calibrated multi-platform)、CFSR(climate forecast system re-analysis)、ERA-interim、JRA-554种再分析...     

苏北中部滨海平原成陆机制研究

苏北中部滨海平原位于废黄河三角洲和长江三角洲之间，其形成与全新世最大海侵之后长江、古黄河的供沙历史和供沙状况密切相关，并且现今海域南黄海辐射沙洲的辐聚点也位于这段海岸，故探讨其成陆机制具有重要意义。本文数值模拟了公元８世纪时该区的Ｍ２潮汐、潮流，在此基础上，计算了７种粒径泥沙在当时潮流场中的净输运状况，划分了海底冲淤区。计算结果表明，公元８世纪时苏北岸外存在大致以东台为顶点的辐射状古潮流场，其分布格局与现今苏北岸外大致以京港为顶点的辐射关潮流场基本一致，该辐射状潮流场的存在是由当时台东岸外的独特驻潮波波腹所决定的。进入苏北岸外古辐射状潮流场中的泥沙，在辐聚、辐散的潮流作用下，每一个潮周期均自ＮＥ、ＳＥ方向向东台附近海域净输运泥沙，在东台附近海域发生淤积。由此认为，苏北中部滨海平原是大致以东台为顶点的辐聚、辐散潮     

大型风浪水槽风浪统计特征的测量和分析

研究大型风浪水槽的风浪统计特征，采用多通道测波系统，同步采集沿水槽的１２个测点在不同风速下的风浪数据，从观测事实上分析风浪波面分布和有关要素特征，并建立水槽风浪统计要素与风速，风区长度之间的关系     

江苏近岸海域悬沙浓度的时空分布特征

2006—2007年间的四个季节在江苏近岸海域69个站位采集水样,获取悬沙浓度。通过对TM遥感数据反演,获取该海域四季大面悬沙浓度,并与调查的实测悬沙浓度进行对比。结果显示,大面调查的非同步数据基本可正确反映大区域悬沙浓度的季节与空间分布趋势。悬沙浓度等值线由高至低、由陆向海分布,底层浓度约为表层的2—3倍;废黄河口和长江口外海域为悬沙浓度高值区,而海州湾为低值分布区,东南部陆架区受台湾暖流影响出现低值中心。冬季整个海域悬沙浓度均较高,其次为春季,夏季最低;废黄河口海域的高值中心在不同季节分布位置有所移动。海底沉积物的再悬浮是苏北近岸悬沙最主要的来源,河流输沙量的季节变化是影响长江口海域悬沙浓度变化的关键因子。相关分析结果表明,潮流为影响悬沙浓度分布的主要控制因子;季风、风暴潮和风浪虽对悬沙的分布具有一定的影响,但冬季的低温环境是形成该季节整个海域悬沙浓度显著偏高的重要因素。     

秋末寒潮大风作用下南黄海西部流场及温、盐度变动特征分析

1983年11月中美首次在南黄海西部开展水文和地质联合调查,该调查共设5个浮标站和54个CTD站,其中CTD站所获的温、盐度和溶解氧、透光度资料早已有过一些报道,并获得了一些有益的结论(丁宗信等,1986;熊庆成等,1986;赵保仁等,1986)。但对这次调查所取得的浮标测流资料尚未有人进行认真的分析研究,也未曾报道过。这次测流还是比较成功的,所揭示的现象使人感到振奋,而且这也是迄今在南黄海西部使用浮标最多、时间最长的一次浮标阵测流工作。 本文试图结合1983年11月调查时的海上风速和沿岸水位变化进行综合分析,并对那里的环流状态提出一些初步看法,以利于对南黄海西部水域的海流变动特征和生成机制进行更深入的研究。     

黑潮近岸分支流在2017年9月与2019年9月差异的研究

通过对比2017年9月和2019年9月的温盐大面观测数据,发现东海陆架上黑潮近岸分支流的路径在两次观测中存在显著差异。2019年9月黑潮近岸分支流中上游的路径相较2017年9月明显的东向偏移,造成黑潮次表层水入侵东海近岸海域的强度较弱。为了探究黑潮近岸分支流的上述显著年际差异的原因,利用卫星高度计数据和再分析风场数据,通过分析大面观测同期的绝对海表动力高度、地转流场以及海表风场的差异,阐述了黑潮近岸分支流路径产生显著年际差异的动力机制。2019年8—9月东海海表较2017年8—9月盛行更强的西南向沿岸季风,强的西南向沿岸风通过埃克曼输运促使水体向岸堆积并在近岸区域沿岸西南向堆积。因此, 2019年8—9月东海近岸海域的跨岸方向压力梯度与2017年8—9月相比较小而沿岸压力梯度则较大。2019年8—9月,受压力梯度分布的影响,东海近岸海域产生西南向的沿岸地转流和离岸地转流。其中西南向的沿岸地转流会在底部生成离岸的底埃克曼流,离岸底埃克曼流和离岸地转流共同抑制了黑潮近岸分支流的向岸入侵。这导致2019年9月黑潮近岸分支流的路径向东偏移,黑潮次表层水入侵浙江近海及长江口区域的强度随之减弱。通过分析研究实际观测案例,阐述了风影响黑潮近岸分支流入侵东海近岸海域的动力机制,同时明确指出海表风场会从黑潮近岸分支流的中上游区域改变其路径,进而对黑潮入侵东海近岸海域产生重要影响。