热带气旋风场对海浪分布特征的影响

设计了一系列理想的数值实验,利用高分辨率的WAVEWATCHIII海浪模式定量分析热带气旋移动速度、强度、最大风速半径和热带气旋移动时的转向等风场细节因素对热带气旋下表面海浪分布特征的影响。实验结果表明,热带气旋移动速度、最大风速半径和热带气旋移动时的转向会影响海浪的空间非对称分布。最大风速半径增大会使最大有效波高的位置向后移动,而移动速度增大会使最大有效波高位置向前移动。移动速度增大会使右侧象限内的有效波高增大,左侧象限内有效波高减小。最大风速半径增大和强度增强使各象限内有效波高均增高。热带气旋的转向使各象限内有效波高增高,除了右后象限。这些风场特征对各个象限内海浪的平均波长、平均周期、平均波向、和波峰方向都有很重要的影响,尤其以左后象限最为显著。     

热带风暴Bilis(2006)登陆期间一波非对称降水分布成因的探讨

利用中尺度数值模式WRF-ARW对Bilis(2006)进行数值模拟,并进行地形和下垫面因素2个敏感性试验,诊断分析Bilis(2006) 登陆期间一波非对称降水结构形成的动力因子.综合分析3个试验,结果表明环境垂直风切变对Bilis(2006) 一波非对称降水结构形成的影响显著大于地形、登陆过程下垫面属性的改变和风暴移动速度的影响,冷空气的侵入对降水形成也有重要贡献.垂直切变的作用使顺切变左侧形成强降水,冷空气的作用与垂直切变的作用相互配合可能是顺切变方向和顺切变方向右侧强降水的主要成因.     

热带气旋风场非对称性对表面海浪场的影响

用WAVEWATCHIII海浪模拟了5个不同风场结构的热带气旋下海浪平均要素和海浪方向谱来研究其对风场非对称性的响应。结果表明热带气旋诱发的海浪场对风场的非对称性很敏感。随着风场非对称性加强,有效波高除了左前象限增加以外在其他所有象限内都减小,且有效波高场的非对称性增强,并且非对称轴逆时针旋转,同时,有效波高最大值的位置向前移动。风场的非对称性对其他平均要素也有影响,尤其在左后象限最明显,例如平均波长,平均波向,波峰方向等。风场的非对称性对海浪谱的多峰性以及主导波的频率和传播方向都有很重要的影响。     

高分辨率风场对长江口海域波浪场模拟能力的影响研究——以台风“灿都”为例

长江口海域岛屿众多, 地形复杂多变, 对灾害性海浪模拟和预报能力的提升有迫切需求。本研究基于长江口高分辨率非结构网格海浪模式SWAN(Simulating WAve Nearshore), 结合“两洋一海”区域耦合预报系统模拟风场, 以2021年第14号台风“灿都”为例, 研究了台风轨迹、台风移速和台风风场分辨率等对长江口及邻近海域海浪模拟和预报的影响。结果表明: 风场模型水平分辨率增加有利于台风细结构和台风悬臂状结构的模拟。分辨率增加, 风速整体呈减弱趋势, 但在台风中心(小于两倍最大风速半径)和外围悬臂区域风速增加显著。风场分辨率从27 km提升至9 km和3 km, 波浪模拟精度增加显著, 3 km风场驱动的波浪模拟精度最高, 继续提升风场分辨率至1 km对波浪模拟无明显提升。改变风场模型分辨率同时会影响台风路径和移动速度。波浪场的差异反映了台风结构、路径和移动速度的共同影响, 由于波浪的波动传播属性, 台风浪的差异一般比风场差异的范围更大。     

MJO 对南海夏季降水的调制及其对海洋表层盐度的影响

基于向外长波辐射、降水、大气再分析资料和 HYCOM(HYbridCoordinateOcean Model)盐度等资料,研究了 MJO(Madden-JulianOscillation,热带大气季节内振荡)对南海夏季降水的调制,并初步探讨了其对海洋表层盐度的影响。结果显示:MJO 对南海夏季降水有显著的调制作用,导致南海降水具有强的季节内变化,其最显著周期为45d。降水季节内信号在泰国湾北部、吕宋岛以西和台湾岛西南等迎风坡区域较强,而在越南外海的安南山脉背风区域较弱,且降水信号会随着 MJO 信号向东北方向移动。MJO 对流抑制(活跃)中心所在区域,低层大气辐聚减弱(增强),中层大气对流减弱(增强),导致降水减少(增加);此外,MJO 对流抑制(活跃)中心伴随的反气旋式(气旋式)环流会改变风场,风场减弱(增强)使得迎风区域的降水减少(增加)。MJO 引起的降水异常进一步影 响南海盐度,南海表层盐度也有明显的季节内变化特征,其显著周期和降水基本一致,为47d,且盐度异常信号也随降水异常向东北移动。本研究结果有助于进一步了解南海降水和表层盐度的季节内变化特征。     

BP和 RBF神经网络应用于海表温盐短期预测效果对比

基于向外长波辐射、降水、大气再分析资料和 HYCOM(HYbridCoordinateOcean Model)盐度等资料,研究了 MJO(Madden-JulianOscillation,热带大气季节内振荡)对南海夏季降水的调制,并初步探讨了其对海洋表层盐度的影响。结果显示:MJO 对南海夏季降水有显著的调制作用,导致南海降水具有强的季节内变化,其最显著周期为45d。降水季节内信号在泰国湾北部、吕宋岛以西和台湾岛西南等迎风坡区域较强,而在越南外海的安南山脉背风区域较弱,且降水信号会随着 MJO 信号向东北方向移动。MJO 对流抑制(活跃)中心所在区域,低层大气辐聚减弱(增强),中层大气对流减弱(增强),导致降水减少(增加);此外,MJO 对流抑制(活跃)中心伴随的反气旋式(气旋式)环流会改变风场,风场减弱(增强)使得迎风区域的降水减少(增加)。MJO 引起的降水异常进一步影 响南海盐度,南海表层盐度也有明显的季节内变化特征,其显著周期和降水基本一致,为47d,且盐度异常信号也随降水异常向东北移动。本研究结果有助于进一步了解南海降水和表层盐度的季节内变化特征。     

基于AVHRR/SST的西太平洋暖池近期变化研究

考虑到热结构和纬度分布 ,提出了更加合理的暖池中心和面积计算方法。利用 AVHRR/SST月平均数据 ,分析了西太平洋暖池近期 (1 993～ 2 0 0 1年 )的变化特征 :暖池中心移动在经向上是单一的年周期 ,而纬向上存在 3.3(最显著 ) ,1和 0 .5年 3个周期分量 ;暖池面积和表面强度都有 3个主要的周期分量 ,分别是 3.3,1 ,0 .5年和 1 .5,1 ,0 .67年 ,且都以 1年周期为最显著 ;2者的主频在正常年份大致呈同相关系 ,而在厄尔尼诺 /拉尼娜期间存在位相差 ,甚至反相。厄尔尼诺 /拉尼娜现象在1 993～ 2 0 0 1年之间的平均周期为 3.3年。     

基于Argo的热带印度洋上层海温研究

利用2004年1月—2008年8月的月平均Argo再处理资料和NCEP风场资料,对热带印度洋2.5~500 m深度范围内的海温时空变化特征与机制进行了研究。结果表明:表层的阿拉伯海、孟加拉湾和赤道东印度洋是海温高值中心,同时是海温标准差低值中心,海温高的地方海温变化小,两者的分布型一致。在次表层,西南热带印度洋是海温高值区,赤道东西印度洋是海温低值区,次表层的海温变化最大,尤其在10°S~10°N之间的赤道印度洋。热带印度洋不同区域和深度的海温的显著周期不同,主要有1和0.5 a的显著周期。热带印度洋表层海温年周期变化主要受太阳辐射的影响,而0.5 a周期与季风有关。次表层以下海温变化主要是热带印度洋自身内部的动力作用,其1 a周期除了与太阳辐射和风有关,还与Rossby波和沿岸Kelvin波有关;其0.5 a周期除了季风这个主要因素,还与Wyrtki急流有关。海表面风场和LaNi~na是影响2006和2007年的正偶极子强度不同的重要因素。     

海(湖)风的动力数值分析及数学模式的初值化问题

本文利用一个湍流能量闭合的二维原始方程模式的模拟结果,分析了大尺度风场、地转惯性及地面粗糙状态对海(湖)风过程的影响,结果表明,背景风场对海(湖)风的发生有触发作用,并对其强度变化、向内陆伸进速率及结构特征也有重要影响,地转惯性作用不但会使海(湖)风逐渐转向,而且会阻尼其垂直于岸线分量的发展.文中还较详细地讨论了根据单站探空资料获取风场初值的动力学方法及模拟起始时间的选取,文中对三种初值化方法的模拟结果进行了分析,通过对比发现带有接近实测值项的动力学方法似优于其他方法.     

WAVEWATCH Ⅲ和SWAN模式在南海北部海域海浪模拟结果的对比分析

基于1987年9月到1988年8月期间南海北部的一个浮标资料,首先分析了美国环境预报中心(NCEP)和国家大气研究中心(NCAR)联合推出的再分析风场在南海北部海域的适用性,结果表明NCEP/NCAR再分析风场在一定程度上与浮标观测结果相一致。然后利用NCEP/NCAR再分析风场作为海浪模式输入场,评估了WAVEWATCHⅢ(WW3)和Simulating Waves Nearshore(SWAN)这2个海浪模式在南海北部海域模拟海浪的能力,结果表明在季风和季风转换期间,WW3模式和SWAN模式对有效波高的模拟能力几乎一致。在季风期间,WW3模式对平均波周期的模拟能力优于SWAN模式;而在季风转换时期,SWAN模式模拟平均波周期的能力较好。此外,还利用WW3模拟结果分析了南海北部海域海浪的空间分布特征,分析结果表明有效波高受季风影响呈显著的季节变化,平均波周期呈现相对显著的半年变化。     

近岸沿岸流及污染物运动的数值模拟

基于双曲型缓坡方程和近岸浅水方程对近岸波浪斜向入射破碎所生成的沿岸流及污染物在沿岸波流作用下的运动进行了数值模拟,并对数值模拟结果进行了验证分析。数值模拟结果表明,在相近工况参数下,随着入射波高的增大,沿岸流流速和平均水面升高值均明显增大;随着岸坡坡度的增加,沿岸流流速和平均水面升高值明显增大;随着入射波浪周期的增大,平均水面升高值明显增大。在沿岸缓坡区域,由斜向入射波浪破碎所产生的沿岸流对污染物的运动起着不可忽略的影响。     

岸式振荡水柱波能装置的波浪载荷及保护措施探讨

本文对振荡水柱波能装置的水柱做了时域计算，研究了内水柱在气室处于封闭状态、有阻尼状态和无阻尼状态下的动力响应。得出了相应的波浪载荷，并对波能装置的几种保护措施作了探讨。数值结果表明，带有阻尼的气室不能有效地阻止内水柱的运动，将使结构承受危险载荷的打击；全封闭的气室能有效地阻止内水柱的运动，但可能使气室里产生高压；收缩口与破浪锥联合作用，可以消耗水柱的动能，大大地减少载荷，是一种有前途的保护措施。     

南海热带气旋纬向分布特征

根据中国气象局整编的1949~2003年台风年鉴资料,对南海热带气旋的源地、消亡地、强度、移向移速、活跃地等纬向分布的特征进行分析,旨在为南海热带气旋各纬度带的活动特征,为南海热带气旋的预报业务工作提供参考依据,并为研究工作奠定基础.     

热带气旋资料长度对风暴潮危险性评估结果的影响

热带气旋历史样本数不足一直困扰着风暴潮风险评估研究,本文基于西北太平洋62 a(1949-2010年)历史观测热带气旋事件集资料和用随机模拟方法构造的1000 a模拟热带气旋随机事件集,以福建省连江县为例,开展了资料长度对风暴潮灾害危险性评估结果的影响分析。文中用ADCIRC模型模拟了两种数据集强迫下的风暴潮增水,采用极值Ⅰ型分布法得到了典型重现期的风暴潮增水,经过对计算结果分析发现典型重现期的风暴潮增水计算结果与所用数据资料长度有着密切相关性,数据资料越长,结果越稳定。对于1000 a一遇的风暴潮增水值,使用500 a长度的资料已经趋于稳定,并接近用1000 a资料计算得到的结果。在进行风暴潮危险性评估时,相比用几十年尺度的热带气旋历史数据集,1000 a的热带气旋模拟数据集的计算结果更具实际意义。     

Evolution of wave shape over a low-crested structure

This paper investigates the evolution of wave shape over a low-crested structure (LCS) using a 2-D RANS-VOF model. The model predictions of surface elevation and wave skewness and asymmetry are in good agreement with the recent measurements collected in a small scale wave channel at the University of Cantabria (UCA). The empirical formulae relating wave skewness and asymmetry to local Ursell number by Peng et al. (2009) have been extended to include the effect of wave reflection and the ramp in front of LCS and a wider range of Ursell number in the present study. In the presence of LCS, wave skewness decreases slightly above the seaward slope, then increases rapidly up to a maximum value above the structure crest, and decreases drastically above the leeward slope. Wave asymmetry decreases sharply above the seaward slope to a negative minimum value at the structure crest, and then increases rapidly to a positive value above the leeward slope. Our bispectral analysis indicates that sum interactions increase skewness and decrease asymmetry while difference interactions have opposite effects and that the former dominate above the seaward slope and on the structure crest but the latter dominate above the leeward slope of LCS. The observed wave shape evolution over a LCS can be attributed to the changes in the interplay of sum and difference interactions. We found that incident wave height and wave period, relative structure freeboard, structure crest width and structure porosity are the controlling factors for wave shape evolution over LCS. This study provides new insights on the role of wave skewness and asymmetry in the breakwaters stability and sediment transport around the structure and on the beaches behind it.     

清水沟流路期间黄河三角洲区潮波运动的模拟和预测

为了探讨黄河三角洲附近潮波运动的变化特征，乐肯堂等(1995)用二维数值模式模拟了1855-1984年该海区的潮汐和潮流的分布变化，并着重考察了M2和S2分潮的无潮点，以及规则全日潮区的位置变化。乐肯堂等(1995)的研究表明，黄河尾闾的摆动以及由此而造成的黄河三角洲之进退，是该海区潮波特征发生变化的主要外因。自从1976年黄河尾闾改道清水沟以来，该流路已稳定运行了20多年，由此造成了河口附近沙嘴不断向莱州湾内延伸，因而对该区的潮波分布特征产生了显著影响。从黄河三角洲区的经济可持续发展和海洋生态环境的可持续发展的目的出发来规划今后黄河尾闾的走向，就必须对以下两个问题进行深入研究：(1)清水沟流路是否还能长期稳定下去；(2)如果清水沟流路长期稳定不变，并且按照清水沟流路期间黄河三角洲向莱州湾推进的方式来推演10a后黄河三角洲的形势，那么到2010年该区的潮波运动将会发生什么变化。为此，在本文中我们仍然采用乐肯堂等(1995)已经过验证的数值模式和数值预的方法对上述问题作初步探讨。     

海面温度半球间偶极子模态对7—11月北半球平均热带气旋强度年代际变化的调控

海面温度半球间偶极子(sea surface temperature inter-hemispheric dipole,SSTID)是全球海面温度(sea surface temperature,SST)异常的重要模态之一,表现为南、北两半球间SST的反相变化。此文探究了7—11月SSTID对7—11月北半球平均热带气旋(tropical cyclone,TC)强度年代际变率的超前影响。观测分析表明,SSTID超前7—11月北半球平均TC强度年代际分量8~11 a,并在提前时间为9 a时达到最大正相关。通过海洋-大气耦合桥理论进一步分析表明,7—11月北半球TC活跃区海洋可以作为海洋桥,以SST的形式存储超前约9 a的SSTID信号。同时北半球TC活跃区大气作为大气桥将超前约9 a的SSTID信号传递到大气中,进而作用于7—11月北半球平均TC强度,该过程以TC潜在生成指数为表征。北半球TC活跃区的垂直风切变和600 hPa相对湿度的综合影响在其中起关键作用。由此建立了基于SSTID的7—11月北半球平均TC强度年代际变化预测模型,该模型表现出良好的后报性能。利用该模型对2021—2029年7—11月北半球平均TC强度预测表明,7—11月北半球平均TC强度将以持续增强为主并在2020年代末达到破纪录的强度。     

基于波高和周期双指标的福建海域海浪危险性分析

现行的海浪危险性评估方法仅以波高作为指标,没有考虑波浪周期对海上建筑物和船舶航行安全的影响。基于1979-2016年福建外海海浪数值后报结果,建立了基于周期的海浪强度和危险性等级划分标准,提出了基于波高和周期双指标的福建海域海浪危险性分析方法。结果表明,双指标下海浪危险等级分布结合了波高单指标下环状分布和周期单指标下带状分布的特点,以台湾海峡中南部海域海浪危险等级最高,闽南近岸海域海浪危险等级高于闽东和闽中海域,总体危险等级分布呈现南高北低的特征;双指标下的福建外海海浪危险等级分布比单指标考虑更为全面,不仅包含波高对结构物的影响还考虑了周期对浮式结构物和防波堤的作用,更加贴近真实情况下的海浪危险性特征。     

基于现场和卫星有效波高数据评估WAVEWATCH III的输入/耗散项

基于WAVEWATCH III,在输入相同的风场条件下,评估了三个输入耗散项WAM3,WAM4以及TC96在是否考虑大气稳定性时的模拟能力。通过5组实验,用南海的测波雷达数据以及研究区域内HY-2高度计的有效波高数据对不同源项的模拟结果进行了比较分析,研究区域为100-135°E,0-35°N。对TC96中的风速校正参数进行了敏感性分析。结果表明,这几种源项在涌浪占主导时的模拟效果都不太理想;考虑大气不稳定性的TC96源项模拟的效果最好;大气不稳定性的影响是以一种所谓的“高效风速”的策略来反映的,其中最重要的一个参数为风速转换参数,这个参数非常敏感,在对特定区域进行模拟之前,应先分析出这个参数的最优值。     

2002年20号热带风暴风场非对称研究

用实测资料分析了2002年20号热带风暴(下面简称TCTropicalcyclone)风场分布,结果表明:TC从扰动到成熟期,风速分布均不对称,强风区位于台风东北部。但当TC进入北部湾后,受地形影响,强风区位于台风东南部。随着TC的加强,强上升运动有向TC中心靠近趋势,上升最大值高度有上升趋势,TC进入北部湾后,上升及下沉运动均是加强,上升最大值仍出现在350hPa层附近,TC中心以北有强下沉运动。TC登陆后内区仍有强上升运动,上升最大值出现在500hPa层附近,TC北侧有深厚的下沉运动。TC有暖心结构,350hPa附近增暖最明显,最强水汽辐合出现在850hPa附近的南半圆内。