8114台风暴潮与天文潮非线性耦合作用的初步探讨

黄海的台风暴潮,具有明显的周期性波动。除风暴扰动的长波效应外,还存在天文潮与风暴潮的耦合作用。本文对此进行了数值模拟。计算结果与实际基本相符。由此说明,潮周期波动主要是由天文潮与风暴潮的耦合作用所致,其波动的强弱取决于风暴潮流与天文潮流的相对运动方向、潮差及增水的大小。涨潮时增水最大;退潮时增水最小;而高潮时不出现增水极值。     

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。     

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。     

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.     

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。     

渤、黄、东海海域9711号风暴潮数值模拟

以整个东中国海为计算域,采用 64 个天文分潮控制外海边界,用台风中心气压、最大风速为参数,建立球面坐标系下平面二维风暴潮数学模型,模拟风暴潮与天文潮的耦合流场.数学模型采用改进的 ADI 法求解,以 9711 号台风为例,对风暴潮数学模型进行了风暴潮增水验证,数值模拟结果与实测值符合良好.     

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。     

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.     

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。     

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。     

黄海风暴潮和天文潮非线性耦合作用的数值研究

本文以4个主要分潮之和为开边界输入条件,对黄海天文潮及8114、7708、7303号台风潮与天文潮耦合作用进行数值模拟,计算结果与实测值基本相符,又通过模拟的流场和水位的变化,分析了不同风暴条件下,天文潮与风暴潮及其流场耦合作用的时空变化规律,从水位场流场整体上研究其相互关系及其动力机制。讨论了几种主要动力因素在非线性耦合作用中的作用,取得了一些有益的结果。     

东南沿海台风风暴潮增水过程中非线性机制和地形的作用研究:以1509号台风"灿鸿"为例

本文基于FVCOM（Finite Volume Community Ocean Model）构建了一个覆盖中国渤海、黄海和东海的数值模型，采用NCEP-CFSR风场数据对1509号台风“灿鸿”产生的风暴潮进行模拟，与实测水位数据的对比表明该模型可靠、模拟结果合理。基于此模型，本文对非线性作用和地形在风暴潮增水过程中的作用进行了研究。首先，重点分析了增水过程中潮汐与风暴潮的非线性作用，结果表明：高潮时非线性作用使增水值降低；低潮时非线性作用使增水值升高。另外，开边界处分别只添加M₂、S₂和K₁分潮，分析天文潮的潮高和周期对非线性作用的影响，结果表明：潮高越高，非线性作用越明显；半日潮的非线性作用较全日潮更明显；并且，增水极值附近出现的半日周期的波动也与非线性作用有关。其次，除了非线性作用，地形对风暴潮的增水也有一定影响，本文改变地形的实验结果表明：坡度越大，增水极值越小。琉球群岛的存在使得东南沿海出现风暴潮增水的面积减小，但使得风暴潮增水的高值区域扩大。     

“威马逊”台风暴潮增水及水动力响应数值模拟

基于河口海岸水动力三维数值计算模型,建立浙江沿海天文潮与风暴潮耦合预报模式。利用该模式,对经过浙江沿海海域的台风"威马逊"进行数值计算,风暴潮增水计算结果与实测值符合较好,误差基本在±20 cm以内。计算增水值与传统的调和分析法所得的增水结果相比,也较为一致。进一步对局部水动力响应的研究发现,风暴潮期间,局部地区从底到表各层水流流速均急剧增大或减小,其值达到了与天文潮流同等的数量级。当水流流向与风向相同或相近时,流速增大,相反时,则流速减小。且台风期间,各层水流流向也随风向发生改变,流态变得更加复杂。     

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     

全日潮海域风暴潮增水中全日扰动和半日扰动分析

风暴潮增水是风暴潮与天文潮相互作用理论研究的基本内容,也是风暴潮预报中的重要问题。最大余水位的产生机制对于提高预报精度及海岸带防护有着重要意义。为研究全日潮海域风暴潮增水中的全日扰动和半日扰动,对Horsburgh与Wilson的风暴潮余水位模型进行了改进和扩展,建立了包括多个分潮的余水位分解方法并将其应用于防城港站,对台风"启德"和"山神"影响下的潮位过程进行了分析。结果显示,建立的余水位的分解方法对于全日分潮和半日分潮有良好的适用性。由于高频分潮产生机制的复杂性,该方法对高频分潮应用尚需进一步研究。在全日潮的防城港海域,全日扰动与半日扰动具有相同的量级,二者的和约占总增水的15%~19%。台风过程不同,相位变化项和局地变化项对增水的贡献有较大差异。     

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。     

浙江沿海超强台风作用下风暴潮增水数值分析

基于河口海岸水动力二维数值模型,建立风暴潮与天文潮耦合作用的数值模式,通过三次强台风和二次超强台风引起的风暴潮增水模拟和分析,证实该模式可用于浙江沿海增水预测.以1949年以来登陆我国大陆沿海最强的"5612"号台风作为典型的超强台风,利用本模式计算分析了超强台风在浙北至浙南5个不同地点登陆遭遇大潮时可能出现的风暴潮增水过程和最大增水,该结果对于海岸工程的防护具有实际的意义.     

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。     

长江口以外海域风暴潮与天文潮的非线性相互作用

一个二维数值模式被用于研究长江口以外海域的风暴潮与天文潮的非线性相互作用。用这个模式模拟了 1981年 8114号台风与天文潮共同作用下所引起的风暴潮增水。 8114号台风是近 2 0年中最重要的台风之一。该台风登陆点附近有吴淞验潮站 ,这里有完整的风暴潮水位记录。计算结果与该站实测值符合较好 ,说明模拟是成功的。此外 ,从模拟结果中还可得出一些有益的结论     

江苏沿海台风暴潮过程中的波浪增水分布研究

基于浅水方程和第三代波浪模型,构建了江苏沿海的风暴潮和台风浪耦合模型,并通过对天文潮、风暴潮和台风浪的模拟对模型进行验证.通过比较6场典型台风过程中江苏沿海的波浪增水特征,剖析了江苏沿海波浪增水的量级及空间分布特征.研究表明:受岸滩地形控制,不同台风暴潮期间江苏沿海最大波浪增水分布呈现类似特征,总体上,江苏中部和南部沿...