1979—2018年长江口及邻近海域风速和波高的分布特征与变化趋势

本文基于欧洲中期天气预报中心 （ECMWF） 的 ERA5 与 ERA-Interim 再分析资料,提取长江口及其邻近海域1979— 2018 年间共 40 年的风场和海浪场数据,探讨该海域风浪和波高的时空变化特征,EOF 经验正交函数分解法分析结果显示风速与波高的数值在外海普遍高于近岸,且符合长江口所在东海海域受盛行东亚季风影响的特征。Mann-Kendall 检验法分析结果显示,在 1979—2018 年间该海域海表面年均风速呈增长趋势,平均增长速率为 0.228 cm/（s·a）,累计增长 1.6 %;年均有效波高呈增长趋势,平均增长速率为 0.120 cm/a,累计增长 5.4 %;年风速和波高的极端值也呈不同程度的增长趋势。     

基于ERA-Interim资料近37年南海波浪时空特征分析

基于ECMWF的ERA-interim37a的风场及海浪场再分析资料,探讨了南海海域波浪的时空分布特征,主要分析了波浪场和风场的空间分布、季节特征以及4个海域(南沙、西沙、中沙、东沙)波高与周期的联合分布以及南海波高的长期变化趋势。结果表明:南海海域的有效波高大值区呈东北-西南走向,且具有明显季节性变化特征,波高与风速以及波向与风向整体相关性较好;有效波高和波周期有良好的对应关系,不同区域波高与周期联合分布相近。1979—2015年期间,南海大部分海域的有效波高呈逐年递增趋势,其量值约为0.2~0.8 cm/yr。本文的研究成果,对南海远洋运输、海洋工程设计、岛礁建设及海洋能开发与利用等有着重要的参考价值。     

黄渤海海域波浪时空变化特征分析

本文利用欧洲中期预报中心(ECMWF)第五代再分析数据集(ECMWF Reanalysis v5 ERA5,ERA5),对中国黄渤海海域2000-2019年的波浪进行了统计分析。得到如下的结论：1.黄渤海海区波浪具有明显的季节性,渤海区域有效波高呈现出周边小,中间大的特点;黄海海域有效波高Hs呈现由南向北降低的趋势;研究区域冬季有效波高均值大于其他季节。2.平均周期T的季节分布类似于有效波高的季节均值分布。渤海仅秋冬季T的均值存在大于4s的区域;黄海海域T的季节分布也呈现由南向北递减的趋势,其中长江口外海区域秋冬季T的季节均值可达6s。3.有效波高距平场EOF分解结果显示,第一模态表明了波浪变化具有明显的季节性特征;第二模态反映了季风的季节转换对有效波高的影响;第三模态代表的可能是地形的变化对有效波高变化的影响。4．代表点统计结果显示：整个渤海地区的常浪向为 NNE~NE,强浪向以 NE和 NNE 为主;黄海海域的常浪向为SSE-SE向,强浪向以 N和 SSE 为主。     

应用WAVEWATCH-Ⅲ模式对南海的波浪场进行数值计算、统计分析和研究

以30a再分析风场数据为输入,采用WAVEWATCH-Ⅲ波浪模式,对南海海域1976—2005年的波浪场进行了数值计算。与大量的T/P高度计波浪资料和部分台风资料进行对比验证后发现,波浪计算结果较好。将计算结果进行统计和推算,得出南海海域波浪如下的主要特征:1)南海海域的常浪向基本为NE,出现频率占各向总数的40%;北部海域的强浪向主要为E,中部和南部海域的强浪向主要为NE;2)夏季的波高为全年最小,冬季受东北季风的影响,波高达到全年最大;3)100a一遇极值波高分布:海南岛东南附近海域最大,有效波高最大超过18m,中部海域的有效波高平均为14m左右,南部海域的有效波高平均约为9m。     

近40年中国近海波浪数据库的建立及极值分析

采用TOMAWAC模型模拟近岸40年的波浪要素。波谱计算采用36个方向,模拟波周期范围为1.5～29 s,并对极值波况进行分析。统计了1979—2018年间有效波高的年极值,算得百年一遇的有效波高,发现百年一遇波高由北往南总体呈现增大趋势:渤海和黄海的百年一遇的波高不超过10 m;东海百年一遇的波高在15～22 m之间;南海北部百年一遇波高的范围比较大,靠近台湾部分最大达到了22 m,海南岛西部较小,在10～15 m之间。引用SET值相关指标对极端波浪的发生次数、持续时间和强度进行分析,发现渤海、黄海北部、台湾海峡以及南海西北部极端事件频繁发生,平均每年有5～7次,台湾岛西南部极端事件的平均历时最大,达到了32 h。     

南海北部海区波高与厄尔尼诺关系探究

以欧洲中期天气预报中心的23年再分析风场数据为基础,采用HIRHAM风场模式和SWAN海浪模型对南海北部海域的波浪场进行推算,并将南海北部海域的有效波高与厄尔尼诺指数作对比,探究两者的关系,分析结论如下：（1）南海海域波高具有较强的季节性变化特征,冬季波高大于夏季波高;（2）南海北部海域月平均波高与Niño3.4指数呈负相关,大部分海域呈中度相关,台湾和菲律宾之间的部分海域呈高度相关;（3）在强厄尔尼诺年,南海北部海域的有效波高明显偏小,且厄尔尼诺指数变化越大,波高越小;反之,在强拉尼娜年,南海北部海域的有效波高较大。     

再分析风场驱动下的南海波浪模拟误差

本文采用国际上广泛应用的3种再分析风场驱动WAVEWATCH III模型得到了南海波浪后报数据,并基于全球卫星高度计波高数据和我国沿海浮标实测数据对不同的风场计算结果进行了对比分析,分析表明3种风场的误差特征相差明显,其中ERA-40风场偏小,CFSR风场非常适合模拟常见天气的波浪过程,NCDC风场适合模拟大浪过程。论文重点以NCDC风场后报波浪数据分析了波浪模型模拟误差特点,发现在台风频发的的南海北部海域,再分析风场易低估大值波高,而在季风影响明显的南海南部海域,再分析风场易高估波高。浮标周边2°范围海域内的卫星高度计波高模拟误差趋势与浮标波高模拟误差趋势相似,浮标波高数据的统计特征值与"2度法"提取的卫星高度计数据统计特征值具有较高一致性。     

北太平洋海浪场和风场特征分析

利用欧洲中尺度天气预报中心(ECMWF——European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)的1979年1月2014年12月逐6 h的ERA-Interim有效波高和10 m风场资料,分析了近36年期间北太平洋海域海浪场和风场的变化特征。结果表明:1)中低纬度的西北太平洋波高有逐年线性递增趋势,大约在0.2~0.6 cm/a,而低纬度的太平洋东北部海域则以-0.4~-0.2 cm/a的趋势减小。2)风速线性变化趋势显著的区域主要集中在太平洋东北部低纬度海域,约以1.0~2.0 cm/(s·a)的速度在增加。而日本岛四周、菲律宾半岛以南等海域大都以-1.0~-0.5 cm/(s·a)的速度减小。3)北太平洋海域波高和风速都具有明显的季节变化特征,两者具有很强的相关性。西风带内有一个个波高超过10 m的风暴圈,其波高受风浪和涌浪的双重作用。这可为航海、海洋工程设计、军事及海洋能开发与利用等方面提供科学依据。     

响水近岸海域波浪特性研究

基于响水波浪站累计一整年的现场观测资料,分析了波高和波周期的年内变化特性,研究了波浪的统计特性和波谱特性,并总结归纳了该海域各特征波要素之间以及各波谱参数之间的转换关系。结果显示:响水海域全年有效波高的变化幅度在0.10~2.80 m之间,年平均值为0.56 m;最大波高的变化幅度在0.15~5.58 m之间,年平均值为0.93 m;平均波周期的变化范围为1.91~9.02 s,年平均值为3.90 s。夏季大波高发生频率明显要小于冬、春季节,波浪季节性变化较为显著。就波高和波周期分布而言,通过拟合得出的Weibull分布较为适合本海域实测波高分布和波周期分布。波谱特性方面,本海域双峰谱占到总数的62.5%,且低频谱峰值普遍高于高频谱峰值,其中低频谱峰出现在0.04 Hz左右,高频谱峰则出现在0.15~0.20 Hz之间,分别为本海域涌浪和风浪所集中的频率区间。采用回归分析方法进一步分析了各特征波要素之间以及各波谱参数之间的关系,发现多数波参数之间存在显著的相关性,但受波浪浅水变形影响,各参数之间的比值与理论深水关系有所区别。本文的研究成果可为沿海建筑物的设计以及防灾减灾提供参考和依据。     

西沙、南沙海域波浪及波浪能季节变化特征

采用来自ECMWF将风浪、涌浪分离的近45 a ERA-40海浪再分析资料,对西沙和南沙海域的海面风速、风浪有效波高、涌浪有效波高、浪级频率、波向频率的多年变化特征进行统计研究,重点讨论了西沙和南沙海域风浪能和涌浪能季节变化和稳定性特点.结果表明:南海海域涌浪能明显比风浪能稳定,西沙海域年均能流密度约8.0kW/m,风...     

江苏海域波浪数值模拟研究

本文以风场为驱动运用第三代波浪模型SWAN对江苏海域的波候进行了模拟研究。在模拟过程中采用了嵌套结构,并考虑了潮位对波浪的影响,提高了近岸波浪模拟的精度。同时,对江苏海域波浪分布特征进行了研究。研究结果表明:江苏海域深水区域年平均有效波高分布趋势由南往北逐渐递减,而近岸10m水深处波高从大丰港开始由南往北呈先增加后减小的趋势。江苏海域年平均有效波高最大值为1.5m,最大年平均周期为4.6s,常浪向为NE或SE方向,四季中冬季浪最大,强浪向为NE—NNE方向。     

中石化广西液化天然气项目灾害性海浪特征参数数值推算

以近30aWRF再分析风场作为驱动,利用SWAN数值模式对中石化广西液化天然气(LNG)项目海域的灾害性海浪特征参数进行数值模拟,并与设计波浪要素进行对比。通过模拟结果与T/P高度计波浪资料、浮标及海洋站观测资料的对比验证,表明波浪模拟结果较好。项目外海海域有效波高极值集中在E～SE向,强浪向为SE(SSE)向。项目工程本身主要受到SSE、S和SSW向波浪的影响,其中S向影响最大。项目海域100a一遇极端高潮位和设计高潮位下SSE向波高的评估值均大于设计值,除极端高潮位下有效波高外SW向的评估值与设计值相当,其他方向波高的评估值低于设计值。     

海上丝绸之路波浪能的时空特征分析

采用2009年-2018年的ERA5波浪资料,对海上丝绸之路的波浪能资源的有效波高分布、可用波高月际变化特征、波浪能流密度分布、波浪能流密度月际变化特征、能级频率、有效储量、资源稳定性进行分析,为波浪能开发提供依据.结果表明:有效波高的分布特征和波浪能流密度分布特征具有一致性;可用波高呈单峰型月际变化特征,峰值出现在6...     

围填海工程对渤海湾风浪场的影响

为了深入了解围填海工程对波浪场特别是风浪场的影响,针对10 a 围填海工程对渤海湾地形岸线的改变,将 SWAN(Simulating Waves Nearshore)海浪数值模式应用到渤海湾,讨论了人类大工程对渤海湾风浪场的影响.采用欧洲气象中心每天4次的风场资料作为驱动,模拟渤海湾2000年和2010年的风浪场,着重分析岸线变化显著的3个港口工程(曹妃甸、天津港和黄骅港)附近海域的波浪要素变化.研究结果表明,工程建筑物存在后,有效波高呈减小趋势,港池和潮汐通道内的有效波高减小幅度较大.港口地理位置和海底地形也与岸线变化共同影响着港口附近海域的波浪场分布.围填海工程对波浪有效波高及周期影响的程度不大,有效波高减小值在0.2 m 以下,周期几乎不变.     

台风影响下西沙海域与岛礁内外的波浪分布特征

通过利用1991—2018年西沙海洋站波浪观测资料与SWAN模式反演计算结果,初步探究不同路径热带气旋影响下西沙海域、西沙礁盘与岛屿波浪掩护区海域的波浪分布特征。结果表明:西北型路径是影响西沙群岛的TC最大可能路径,通常以台风强度居多,波高以大到巨浪级别为主;西行型路径是影响西沙群岛的TC第二可能路径,通常以强台风居多,巨浪为主,海况极差;TC影响下各岛屿波浪掩护区波高基本大于2.0 m,甚至接近5.0 m,礁盘内波高基本在1.0 m以下。本研究结果为西沙海域渔船避风与海洋防灾减灾工作提供基础性参考。     

斋堂岛东南海域波浪特征及海浪谱分析

利用斋堂岛东南海域2013年至2014年的实测波浪资料,统计分析了本海域波浪特征,为波浪能资源评估提供基本波浪参数。统计结果表明,本海域年平均有效波高为0.60 m,最大波高为5.30 m,平均周期为3.3 s,最大周期为8.3 s,常浪向为E-SE向。本文亦讨论了本海域波高分布和波高与周期的关系,并基于JONSWAP谱谱型的基本结构,拟合得到适用于本海域的海浪谱谱型,可为海洋能发电装置的布设及相应的工程建设提供一定的参考。     

渤海和黄海北部波高与周期联合分析

分析波高与周期的联合分布特征对于海洋平台设计、海洋工程建筑等有着重要的意义。基于SWAN模型模拟的波浪后报数据对渤海和黄海北部1999~2018年的波浪特征进行了统计分析。分别对20年的波高和周期数据进行了统计分析,得到了研究区域20年有效波高和波周期的季平均值和最大值的区域分布特征。然后以散布图的形式刻画了整个区域20年波高和周期的联合分布特征。为了更深入地研究波高和周期的联合分布规律,选择了两个研究点A1和A2,A1在渤海内部相对近岸,A2在黄海北部深海区。统计结果表明,在A1和A2,波高与周期的联合分布特征较为相似,均呈现斜三角形的分布特征,然而大波高大周期的波浪却呈现不同的分布特征。最后,利用20年的波浪后报数据,在A1和A2点构建了有效波高和谱峰周期的联合概率模型,并采用IFORM法得到了50年、100年和200年重现周期的环境等值线,为研究海域海上结构物的可靠性设计提供了参考。     

莱州湾海域波浪数值计算

本文利用风资料,采用海浪方向谱方法,对莱湾海域进行波浪数值计算。绘制了北、东北和西北三个方位五十年一遇的风产生的浪的波高和周期等值线分布图,分析该海域的波要素分布状况及变化规律。     

东方市近岸海域波浪特征分析

为了解海南东方市近岸海域波浪基本特征,根据东方海洋环境监测站使用的SZF型波浪浮标连续11 a的实测数据,进行了统计分析。首先对波浪要素进行统计,得到了各向各级波高的季节分布,以及波高和周期的均值与极值;再对波高和周期的联合分布、平均持续时间与波高的关系进行了探讨;最后选取一典型台风浪过程进行分析。结果表明本海域以S向浪出现频率最高,为14.3%,其次是N向和NNE向,频率均为11.9%;强浪向为S向和N向,浪向分布与东方市所处地理位置相符。该海域以有效波高小于1.3 m的小浪和轻浪为主,年出现频率为97.6%, 4级中浪占2.22%, 5级大浪仅占0.12%,只有在夏、秋季台风过境时才出现。累年有效波高平均值为0.49 m,最大值为3.2 m;最大波高为5.6 m,最大波高平均值为2.5 m;平均有效周期为4.2 s,最大有效波周期为9.5 s。有效波高在1.0 m以下,且周期在4～5 s的波浪出现频率最大,为80.5%。强台风“海燕”影响期间,波高具有明显的滞后特征, 5级大浪持续了10 h,浪向与风向基本一致,说明台风产生的波浪是以风浪为主,最大波高均出现于偏S向。通过波谱分析,...     

西北太平洋波候与大气涛动的联系

利用ECMWF 1958-2001年44 a的ERA-40海浪再分析资料计算了西北太平洋海域(0°~45°N,99°~160°E)月平均有效波高(SWH)、平均周期(T)与北太平洋模态指数(NPI)、太平洋年代际振荡(PDO)和多变量ENSO指数(MEI)等大气涛动之间的时间和空间的相关性,重点探讨了NPI对北半球西太平洋波候(SWH和T)的影响。结果表明:NPI、PDO和MEI均与SWH和T有显著的相关性;NPI与SWH和T呈现正相关性,NPI超前SWH和T半年左右正相关最强,最强的相关海域位于日本和菲律宾以东洋面;NPI还存在3~5 a、8~9 a和13~15 a的年际和年代际周期变化; NPI高指数且PDO负位相或MEI负位相均使得SWH和T 增大; MEI冷位相且叠加PDO负位相时也利于SWH和T增大。NPI影响西北太平洋波候的可能机制是:NPI处于低(高)指数时,阿留申低压加深(减弱)且位置偏东(西),北太平洋西风带海面风速急流出现(消失),太平洋副热带东北信风大值区东移(西移),西北太平洋海域信风减弱(加强),西北太平洋海域有效波高和平均周期随之减小(增大)。中、东太平洋西向传播的涌浪对西北太平洋海域波侯有重要影响。