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。     

渤海湾水位、流场的一个数值预报模式

本文利用普林斯顿海洋模式(POM),建立了渤、黄海风增水预报模式和渤海湾水位海流预报模式;利用正交曲线网格提高重点区域的分辨率;采用美国海洋大气局(NOAA)全球预报风场和气压场作为模式表面强迫场,将计算域边界上的天文潮预报值与风增水模式预报的余水位相叠加构建模式的边界条件,在正压条件下,模拟了渤海湾2002年的水位流场过程。结果表明,模式能够较好地再现计算域内天文潮和综合水位的预报,域内10个潮位站模式与实测分析的m1和M2分潮的振幅与迟角差均不超过5.1cm和6.3°,15个潮流站模式与实测分析的m1和M2分潮流的振幅与迟角差均不超过7.5cm/s和15.8°,模式预报的水位值与塘沽站实测值非常接近,预报精度较单纯的天文潮预报有明显提高。     

铁山湾内天文潮对风暴潮水位的影响研究

作为半封闭狭长海湾,铁山湾受风暴潮灾害的影响较为严重。根据多年观测资料和数值模型对铁山湾内的风暴潮水位特征进行了研究。观测资料表明海湾内风暴潮峰值水位受天文潮相位影响较为显著,然后基于ADCIRC风暴潮模型和1409号“威马逊”台风参数,定量评估了天文潮对风暴潮水位的影响。模拟结果表明当考虑天文潮作用时,会显著提高模拟结果精度,然后通过数值实验研究了风暴潮与不同相位天文潮相互作用时的水位变化特征。数值实验结果表明天文潮-风暴潮相互作用引起的非线性水位在涨潮阶段不明显,在高潮位时非线性水位达到负值最大;在落潮时达到正值最大。风暴潮增水峰值由于受到这种非线性效应的影响,在高潮位时数值最小。海湾内非线性作用要远大于外部,非线性效应越强,总水位峰值相对于天文潮高潮位的延迟时间也就越长。     

东海风暴潮与天文潮的非线性相互作用

中国东海的风暴潮具有明显的周期性波动。凤暴潮除了决定于风应力和长波效应外,还受到天文潮与风暴潮相互作用的影响。本文利用一个二维数值模式对天文潮与风暴潮相互作用的水位进行了模拟。我们选取了8114号台风加以计算。计算结果与实测资料基本相符,由此说明水位曲线中的潮周期波动主要是由于天文潮与风暴潮之间的非线性相互作用所致。数值实验还表明,如果考虑到天文潮与风暴潮的相互作用可以显著改善水位的预报精度。     

基于有限元法的福建沿岸天文潮风暴潮耦合预报模式研究

采用有限元法建立了一个适用于福建沿岸的天文潮-风暴潮耦合预报模式(FETSCM),模式采用三角网格,在福建沿岸平均网格分辨率为1 km,最高500 m.利用福建沿岸6个潮位站的实测资料对模型进行了验证,天文潮模拟结果与实测吻合良好,5个站位平均绝对误差为22 cm;31场历史台风期间6个站位风暴潮后报模拟误差为24 cm;天文潮-风暴潮耦合总水位的平均极值误差为20 cm,表明该耦合预报模式对福建沿岸的台风灾害预警有较好实用价值.     

基于潮汐表数据同化的天文潮数值预报模型及其模拟预报效果

潮汐表是利用长期潮汐观测结果经调和分析实现的主要港湾潮汐预报结果,具有较高的预报精度,而通常的天文潮数值预报目前还难以达到潮汐表的预报精度.本研究在建立常规天文潮数值预报模型的基础上,建立了基于潮汐表数据同化的天文潮数值预报模型,并分别采用这2种模型预报福建沿岸海域的天文潮.其结果表明同化模型的预报结果无论是在潮时还是在潮高均明显优于常规模型;同化模型能显著地改善所研究的沿岸海域90个水位点中至少45个水位点的潮汐预报结果,而其他水位点的预报结果也有不同程度地改善.     

基于Grey-GMDH的模块化实时潮汐预报

为了提高潮汐水位的实时预测精度,本文提出了一种基于灰色的数据处理群模块化(Grey-GMDH)潮汐水位实时预测模型。模块化将潮汐分解为两部分:由天体引潮力形成的天文潮部分和由各种天气以及环境因素引起非天文潮部分。使用Grey-GMDH模型和调和分析模型分别对潮汐的非天文潮和天文潮部分进行仿真预测,然后将两部分的预测结果综合形成最终的潮汐预测值。并选用San Diego港口的实测潮汐值数据进行实时预报的仿真实验,实验结果验证了该方法的可行性与有效性并取得了良好的仿真结果,验证了模型有着较高的预报精度。     

警戒潮位核定中建立年极值水位序列的方法研究

文章以山东省警戒潮位核定为基础,对其沿岸验潮站的实测数据情况进行分类;根据不同类别,分别采用相关分析、数值模拟等方法补充实测数据,获得年极值水位序列,并采用极值Ⅰ型方法计算重现期高潮位。在警戒潮位核定中建立年极值水位序列所使用方法的顺序是,有实测数据优先采用实测数据、没有实测数据利用相关关系、没有相关关系再使用数值模拟和调和分析的方法进行。值得注意的是,在使用相关关系建立年极值水位序列中,计算重现期高潮位时一定要满足潮汐性质相同、所受风暴潮过程相似等条件;在使用数值模拟建立年极值水位序列中,须与其全年天文潮最大值进行对比。     

坎门港风暴潮预报和分析

玉环岛地处浙江中部和南部的交界地,每年夏秋季节常受台风或台风引起的暴潮的袭击。为了做好风暴潮预报,温州中心海洋站在1977年抽调了有关人员,运用坎门气象站1959～1976年的风压资料,同时结合坎门海洋站同期的的增减水位(1959～1976年实测潮位和国家海洋局海洋情报所预报的天文潮之差)。从而建立起南登Ⅰ型,海上转向型的预报方程;同时分析了南登Ⅱ型,北登型台风,用对型预报效果尚好。经十多年的实践证明,预报收到了一定效果,但预报方程还需完善。     

对台风潮单站极值预报方法的改进

前 言 近年来以相关统计方法建立的台风潮单站极值预报公式进入预报业务并取得较好的效果。为了进一步提高预报精度,本文以汕头测站为例,在原有预报公式的基础上对局地风场在增水中的贡献又作了一些探讨和计算,供预报参考。 一、现行台风潮预报公式 现行预报公式为: △H_(max)=a+b△P_0(1-e~(-r)o/r) 式中△H_(max)为最大增水。△P_0=1008—P_0为气压下降量,外围气压取1008hPa,P_0为台风中心气压,采用最大增水时刻前24小时(即四个正点资料)实测资料的平均值。r_0为大风半径,取常数0.64。r为最大增水时刻台风中心至测站距离,从台风路径图中量取(以纬距为单位)。a、b为待定系数。     

浙江沿岸"0216"号台风风暴潮特征及预报经验总结

本文对2002第16号台风“森拉克”的风暴潮灾害过程做了回顾，总结预报经验，分析本次过程浙江沿海各岸段风暴潮特征及成因，提出特殊河口、湾口地形的风暴增水和天文潮相互作用的问题。预报实践证明，及时地根据最新的气象预报和实况观测资料来调整潮位和风暴增水预报值是本次风暴潮预报取得成功的关键。预报和实况的对比结果说明，本次对浙江沿岸各岸段的增水和高潮的过程预报是及时、准确的。台风在登陆前几个小时移动速度突然急剧加快，是本次风暴高潮位预报出现误差的主要原因。     

基于调和分析法与ANFIS系统的综合潮汐预报模型

港口沿岸地区以及河流入海口等地区的精确潮汐预报对于各种海洋工程作业有着非常重要的意义。潮汐水位的变化受到众多复杂因素的影响,而且这些复杂的因素往往有着较强的实变性和非线性。为了进一步提高沿岸港口码头等水域的潮汐水位的预测精度,本文提出了一种基于调和分析模型与自适应神经模糊推理系统相结合的模块化潮汐水位预测模型;并采用相关分析确定整个预测模型的输入维数;模块化将潮汐分解为两部分：由天体引潮力形成的天文潮部分和由各种天气以及环境因素引起非天文潮部分。其中调和分析法用于天文潮部分的预测,ANFIS用于预测具有较强非线性的非文潮部分。模块化综合了两种方法的优势,即调和分析法能够实现长期、稳定的天文潮预报,ANFIS能够以较高的精度实现潮汐非线性拟合与预测。模型使用ANFIS模型和调和分析模型分别对潮汐的非天文潮和天文潮部分进行仿真预测,然后将两部分的预测结果综合形成最终的潮汐预测值。此外,本文选用三种不同的模糊规则生成方法（grid partition （GP）,fuzzy c-means （FCM） and sub-clustering （SC））生成完整的ANFIS系统,并使用实测数据进行验证用以选取最优的ANFIS预测模型。最后将最优的ANFIS模型与调和分析模型相结合进行潮汐水位的最终预报。仿真实验选用Fort Pulaski潮汐观测站的实测潮汐值数据进行预报的仿真实验,仿真结果验证了该模型的可行性与有效性并取得了良好的效果,具有较高的预报精度。     

上游洪水对台风风暴潮过程期间长江口水位的影响研究

河口地区是河流与海洋相互作用的集中交汇区,也是上游洪水、天文潮和风暴潮等各种动力要素的综合作用区,该区域的水动力研究尤为复杂。长江作为我国第一大河,上游洪水对河口地区的影响尤其明显,特别是天文高潮、风暴潮与洪峰效应相叠加时(俗称"三碰头"),往往会对沿岸造成严重的海洋灾害。以长江大通水文站为上边界建立了一个适合于长江口地区的精细化天文潮、风暴潮和洪水耦合模型,通过对近年来影响长江口的典型台风风暴潮过程的模拟发现,耦合洪水后模型计算结果与实测更为吻合。通过理想数值实验,充分考虑天文潮、风暴潮和洪水的相互作用,定量分析了不同径流量对长江口不同区域的影响,并给出了在不同上游洪水流量和不同台风强度组合情景下,洪水对长江口地区水位的影响以及长江口地区可能出现的高水位。     

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     

热带气旋影响下上海港水位数值模拟和预报方法研究

基于二维台风风暴潮动力－数值模式和二维天文潮动力－数值模式，本文提出了一个包含天文潮和风暴潮非线性相互作用的综合水位数值模拟和数值预报方法。该方法经对１９５１－１９８６年间对上海港影响较大的８场台风期间的综合水位进行数值模拟，结果令人满意。运用该方法对９０１５号台风期间的上海港综合水位的试报和后报结果比较表明，水位误差主要来自台风路径和强度的预报而不是水位预报方法本身。所提出的适用于上海港水位数值     

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。     

北黄海天文潮与风暴潮耦合水位的数值预报方法

本文在北黄海潮汐、天文潮与风暴潮耦合作用数值研究的基础上,建立了该区天文潮与风暴潮耦合作用下水位的数值预报方法,并取得了计算值与实测值较吻合的结果。     

海道测量中几种水位改正方法的比较与分析

针对多波束测深易出现的因水位改正不完善导致的相邻测深条带间的拼接断层,分别采用天文潮预报、基于余水位配置的海洋潮汐推算以及基于日平均海面订正的海洋潮汐推算等方法进行水深测量水位改正。结果表明,后两种方法均适用于多波束水深测量水位改正。     

海道测量中几种水位改正方法的比较与分析

针对多波束测深易出现的因水位改正不完善导致的相邻测深条带间的拼接断层,分别采用天文潮预报、基于余水位配置的海洋潮汐推算以及基于日平均海面订正的海洋潮汐推算等方法进行水深测量水位改正。结果表明,后两种方法均适用于多波束水深测量水位改正。     

随机组合概率分析方法及设计水位的推算

按照实测水位最大值等于天文潮与风暴增水随机组合后进行线性叠加而取得的最大值的假定,本文首先用概率分析方法,对未来可能出现的各种台风风场模型进行了推算,并逐个赋予确定的出现机会,称模拟台风。根椐风暴潮动力数值模型,推算出若干个典型模拟台风的增水过程,此过程具有与产生它的源台风相同的出现机会。同时对台风季节内长周期(19年)的天文潮潮位交化过程进行频率分析,得出未来可能出现的各种天文潮位变化过程及其相应的频率。然后将上述各个风暴增水过程与天文潮位变化过程两两随机组合,每一种组合中又包括若干有限个均匀分布的不同的时间相位差,并在此基础上搜索其合成水位的板值。由于此极值具有确定的频率,因此可能建立概率分布曲线,并据此选择不同重现期的设计水位值。