第三讲 风暴潮数值模式计算中气压场和风场的处理

风暴潮数值模式计算必须给出每个格点的风应力值和气压梯度。就台风而言,目前尚不可能靠观测获得这些值,必须采用气象模式。显然,风暴潮模式结果的好坏,在很大程度上依赖于气压场和风场模式的优劣。英国专家Heaps(1983)曾经指出,风暴潮模式预报决定性地取决于输入的气象资料的质量。因此,在介绍风暴潮模式计算之前,首先概要介绍气压场和风场的处理。     

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.     

风暴潮预报知识讲座

第五讲风暴潮预报技术(2) 上一讲作者概要地介绍了风暴潮经验预报方法,并较详细地介绍了台风风暴潮数值预报方法中的诺模图方法.尽管诺模图方法是风暴潮预报的一种有用手段,但毕竟所能查算的值仅限于一次台风过程的最大风暴潮值(Peak Surge),而这对于反映一次风暴潮在空间和时间上的变化是远远不够的.     

渤海"9216"特大风暴潮过程的数值模拟

本文论述了我国渤海地区风暴潮的特点,指出渤海地区一年四季均有风暴潮发生,而且发生在这里的温带风暴潮较台风风暴潮既频繁又严重。建立了一个球坐标系下的温带风暴潮数值模式,并利用该模式对发生在渤海地区的9216号特大风暴潮进行了数值模拟,成功地再现了这次过程,这表明：只要计算的风场准确,温带风暴潮的数值预报是可行的．     

风暴潮预报知识讲座

第四讲风暴潮预报技术(1) 风暴潮预报方法分为两大类:其一,经验预报方法;其二,数值方法.后者包括诺模图方法和数值模式预报方法.这一讲将概要介绍建立经验预报方法的思路和较详细地叙述数值方法中的诺模图方法.所介绍的方法迄今为止仍有应用价值.     

气象资料的误差对台风暴潮数值预报精度影响的估计

本文计算了台风气象要索的观测与预报的误差对台风暴潮数值预报精度的影响。结果表明,由于台风气压场分布形势、中心气压、风速、最大风速半径诸因子的观测与预报的误差可造成台风暴潮在 24小时的数值预报中出现0.51米的平均绝对误差。     

风暴潮预报知识讲座第 五讲 风暴潮预报技术(2)

上一讲作者概要地介绍了风暴潮经验预报方法，并较详细地介绍了台风风暴潮数值预报方法中的诺模图方法。尽管诺模图方法是风暴潮预报的一种有用手段，但毕竟所能查算的值仅限于一次台风过程的最大风暴潮值（Peax Surge），而这对于反映一次风暴潮在空间和时间上的变化是远远不够的。要做到这一点，只能由风暴潮数值预报方法来实现。就世界范围而言，风暴潮数值预报方法己在实时预报中发挥了重要作用。     

影响连云港的几次显著温带风暴潮过程分析及其数值模拟

本文建立一个温带风暴潮模式,包括海上边界层风场模式和风暴潮数值模式.利用建立的温带风暴潮模式,模拟了影响连云港的几次显著温带风暴潮过程,结果表明,本模式所采用的海上边界层风场模式和风暴潮数值模式是匹配的,能够满足海洋工程中的风暴潮数值计算的需要,甚至可以成为日常温带风暴潮数值预报的有用手段.     

影响连云港的几次显著温带风暴潮过程分析和及其数值模拟

本文建立一个温带风暴潮模式，包括海上边界层风场模式和风暴潮数值模式。利用建立的温带风暴潮模式，模拟了影响连云港的几次显著温带风暴潮过程，结果表明，本模式所采用的海上边界层风场模式和风暴潮数值模式是匹配的，能够满足海洋工程中的风暴潮数值计算的需要，甚至可以成为日常温带风暴潮数值预报的有用手段。     

GRAPES模式对“0703”强风暴潮的数值模拟分析

本文对2007年3月4～5日凌晨发生在渤海及山东北部沿岸的一次强风暴潮过程成因进行了分析和探讨,并利用我国新一代数值预报模式GRAPES(Global/Regional Assimilauon and Prediction Enhanced System)对该过程进行了气压场和风场数值模拟.结果表明:由温带气旋产生的强而持久的向岸大风是引发此次强风暴潮发生的主要强迫动力;风应力增水作用与天文大潮相叠加直接导致风暴潮的发生;GRAPES模式较好的模拟出了本次风暴潮过程的气压场和风场特征.其中,气压场中,较好的模拟出了温带气旋的发生发展、移动路径、强度变化等特征;风场中,较好的模拟出了风增大和减弱的趋势以及造成风暴增水的向岸大风的风场分布特征等.     

天津沿海风暴潮灾害概述及统计分析

经分析研究，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。本文分析了天津沿海风暴潮的统计特征，概要介绍了几次严重的潮灾案例，并计算了不同重现期风暴潮和高潮位，所做工作对改善天津沿海的风暴潮预报和防潮减灾工作有所裨益。     

关于温带风暴潮

本文概要的介绍了全球温带风暴潮的地理分布,讨论了我国沿海的温带风暴潮及其类型,简要评述了国内外温带风暴潮现行预报技术和预报准确度,最后对如何进一步做好防潮减灾工作提出了对策建议.     

基于GPU技术的风暴潮集合预报

台风预报的准确性在风暴潮预报中起着重要作用。台风强度和路径的不确定性意味着使用集合模式来预报风暴潮。本文利用中央气象台的最优路径台风参数驱动国家海洋环境预报中心业务化的水动力学模型，开展华南沿海的风暴潮模拟，模式模拟结果与实测吻合较好。为了改进计算效率，采用CUDA Fortran 语言对模型进行了改造，改造后的模型在计算结果与原模型基本一致的基础上，计算时间缩短了99%以上。通过融合欧洲中期天气预报中心（ECWMF）的50条路径与3种可能台风强度构造出了150个台风事件，并用150个台风事件驱动改进的风暴潮数值模型，计算结果可以提供集合预报产品和概率预报产品。通过“山竹”台风风暴潮过程可以发现集合平均预报结果和概率预报结果与实测吻合较好。改进的数值模型可以运行普通工作站上，非常适合风暴潮集合预报，并且可以提供更好的决策产品。     

南黄海海域风暴潮精细化数值模式研究

基于目前国际上应用广泛的ADCIRC水动力模型在南黄海海域建立了重点岸段网格分辨率达到100 m的精细化风暴潮数值预报模型,该模型采用非结构三角网格及并行计算技术,能够准确地刻画出南黄海海域复杂的岸线分布和地形情况。通过对历史典型台风风暴潮和温带风暴潮的模拟、预报检验发现:台风风暴潮的后报平均相对误差为14%,温带风暴潮24 h预报平均相对误差为12.9%。     

覆盖中国沿海地区的精细化台风风暴潮模型的研究及适用

精细化风暴潮预报是目前风暴潮预报重点发展方向之一,本文首次建立起了一个覆盖整个中国沿海地区的精细化台风风暴潮数值模型,克服了以往分区域数值模型的不足,该模型在中国沿海地区的分辨率达到300m左右。模型采用了并行计算,并对2012年和2013年灾害性台风风暴潮过程进行了数值检验,计算精度和计算所用时间都能够满足业务化运行的要求。本文同时还根据中国气象局、美国国家气象局等5家主要台风预报机构给出的24h台风预报,对2013年度灾害性台风风暴潮过程进行了24h数值预报检验,检验结果表明:根据中国气象局台风登陆前24h预报可以得到更准确的风暴潮预报结果,其预报结果优于其他各家预报结果。该结论可以为今后的台风风暴潮预报中台风路径的选取提供重要的参考。     

基于WENO格式的高精度高分辨台风风暴潮数值模式

考虑到台风风暴潮在近岸浅水地区的非线性效应,基于无结构网格,通过采用有限体积法和高精度高分辨率的WENO数值格式对二维浅水方程进行空间离散,并利用三阶的Runge-Kutta格式进行时间离散,最后利用Rogers方法解决复杂海底地形造成的通量梯度项与源项数值离散后的不平衡问题,从而建立了二维台风风暴潮数值模式。模式中的风场和气压场分别采用宫崎正卫风场模式和藤田气压场模式。最后通过对江苏沿海的风暴增水的模拟和验证,表明了该数值模式对台风风暴潮模拟的有效性和可行性。     

利用POM模拟海州湾温带风暴潮

利用POM模式模拟了2007年0303号温带风暴潮在海州湾的增减水过程,以期为风暴潮预报提供参考。模式计算时采用2重嵌套网格,大网格为小网格提供边界水位和边界流速。风场、气压场由连云港观测站实测资料逐步订正后得到。水位计算值与实测结果基本吻合,很好地再现了风暴潮增减水过程。     

台风风暴潮异模式集合数值预报技术研究及应用

台风风暴潮数值预报的准确性在很大程度上取决于台风路径预报和强度预报的精度以及风暴潮预报模型的计算精度。目前,国际上24/48 h台风路径预报平均误差分别约为120/210 km左右[1],对于走向异常的台风误差更大;更有,根据单一的台风路径和单族的风暴潮数值预报模式并不能保证获得可靠的风暴潮预报结果。考虑多重网格法原理具有在疏密不同的网格层上进行迭代以达到平滑不同频率的误差分量,使得计算快速收敛,精度提高的特性。在前期研究基础上基于业务化高分辨率(结构网格/有限差分算法)和精细化(非结构网格/有限元算法)台风风暴潮集合数值预报模型构建多模型台风风暴潮集合数值预报系统。采用"非同族"模型进行集合预报很大程度上降低了误差相似遗传的可能性。应用该方法对典型台风风暴潮过程进行了试应用,试报结果表明:该方法对风暴潮增、减水预报效果高于单一集合预报,具有一定的应用前景。     

粤东海岸台风风暴潮数值预报

粤东海岸台风风暴潮数值预报取风暴潮运行的全流方程组及其有限差分方程组，并取Jelesnianski飓风模型，在注意到复杂海岸和海洋边界的同时，采用独特的边界布局、复合开边界及使用简便的固化预报程序处理方法，提出了一组可适用本海岸的台风风暴潮数值预报模式。在闽粤海岸经袭击影响粤东海岸的18场历史台风风暴潮的数值计算试验，有实测增水资料可对比的试验结果中，多数试验的计算与实测台风增水曲线拟合较佳，达到本项目研究的预期目标。试验结果有力地证明了该风暴潮数值模型是可靠的，可加以推广和应用。     

9204号台风风暴潮的预报

9204号台风是1992年登陆我国的第一个台风,引起了海南省及广西沿海显著的风暴增水,广西几个测站出现了超过当地警戒水位的高潮位。在其台风影响期间,国家海洋预报台风暴潮预报组密切注视台风动向,利用已建立的动力数值预报模式,先后进行了6次跟踪计算,该模式计算结果在这次风暴潮预报中发挥了重要作用,此次预报亦是对该数值预报模式的一次最理想且成功的实践检验。