对风暴潮增水及其计算方法的一点见解

现行风暴潮增水计算方法,通常是从实测潮位过程减去天文潮位过程,分离出来的差值过程称为实测风暴潮增水过程。其中的天文潮位一般用分潮法预先计算好,并制成表格以供查用。 风暴潮是一种长波运动,传播距离远,因此当台风远离海岸时,就已经对海岸潮汐发生影响,使潮位站的潮位发生异常变化,一般是高、低潮位出现时间提早,潮位增高,实测资料也证实了这一点。例如“8923”号台风时,浙江省海门站9月14日晚高潮出现时为20时23分,比从潮汐表查得的时间20时44分提早21分钟,当然潮时推迟的情况也是有的。实测潮位比同一位相的天文潮位提早(或延后)的时间Δt的长短与台风强弱、台风移动路径等因素有关。     

浙江沿海超强台风风暴潮灾害的影响及其对策

对浙江省历史台风基本资料进行分析后发现,近年来台风严重影响浙江的趋势和登陆浙江的台风个数均有明显的增强和增加.浙江省沿海各测站的历史最高潮位均由台风暴潮引起,其中"9417"号、"9711"号两次台风与天文大潮遭遇引起的风暴潮次数占了绝大多数.受台风暴潮影响时,岸边观测到的潮位由天文潮和台风引起的增水两部分组成.采用潮波与风暴增水耦合的非线性效应模型研究了风暴潮.在验证"5612"号、"9417"号、"9711"号、"0414"号、"0509"号和"桑美"6场台风暴潮的基础上,模型以1949年以来我国大陆沿海最强的一次台风("5612"号台风)参数为基础,设计了台风在浙北(穿山)、浙中北(石浦)、浙中(椒江)、浙中南(坎门)和浙南(琵琶门)登陆的5条路径,以反映超强台风在浙江沿海不同地点登陆与天文高潮位"碰头"时可能造成的最高潮位,它可以基本代表超强台风登陆浙江沿海时的风暴潮位.根据两潮耦合模型计算得到的沿海高潮位与海塘塘顶高程进行比较,分析沿海海塘发生漫顶甚至溃堤的可能性.通过对海塘可能损毁机理的分析,根据不同登陆线路的超强台风在遭遇天文大潮高潮位时对浙江沿海可能造成的威胁程度进行淹没风险分析.在上述计算分析的基础上,结合浙江沿海的实际情况,提出相应的防御超强台风风暴潮的工程和非工程措施.     

浪潮耦合的舟山渔港台风暴潮数值模拟

建立能精确模拟舟山渔港台风暴潮过程的浪潮耦合模型,对渔港防灾减灾具有重要意义。基于Delft3D中的FLOW和WAVE模块,在二重嵌套网格下建立风暴潮和波浪的耦合模型。以9711号台风Winnie为背景,验证耦合模型的可靠性,结果显示,风速、天文潮潮位、风暴潮潮位和有效波高的计算值与实测值吻合良好。利用风暴潮模型与耦合模型分别计算了舟山海域的风暴潮,分析了波浪对风暴潮潮位的抬升影响,定海和镇海站最大波浪增水分别为23 cm和34 cm,耦合模型的模拟精度要高于风暴潮模型。通过模拟9711号台风期间舟山渔港的风暴潮过程,分析了风暴潮的时空分布特征,并给出了浪潮耦合作用对于风暴潮时空分布的影响。     

宁波台风风暴潮数值模拟与风险计算

基于已有潮位站的台风风暴潮历史资料,利用业务化台风风暴潮数值预报模式对影响宁波的5次较显著台风风暴潮过程进行模拟检验,分析表明模式能较好的模拟台风风暴潮过程,尤其是对最大过程增水的模拟.因此,以镇海潮位站为切入点,选用引发宁波最大风暴增水的5612号热带气旋(Wanda)的路径,平移后组合不同等级的热带气旋参数,构建出多组假想最优热带气旋进行宁波地区风暴潮风险的计算,得到从强热带风暴至超级台风共5类热带气旋登陆宁波时所可能引发的最大风暴增水,并使用皮尔逊Ⅲ型统计计算出对应的历史重现期,为宁波地区今后有效地防范各类热带气旋强度的风暴潮提供决策支持.     

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.     

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。     

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.     

珠江口伶仃洋风暴潮传播特性及影响因素数值模拟研究——以台风“山竹”为例

基于FVCOM海洋模式对珠江口伶仃洋内及周边海域的风暴潮增水传播过程进行研究。首先,建立珠江口风暴潮模型,采用超强台风“山竹”作为典型案例进行风暴潮过程模拟,并对模型的计算结果进行验证,发现模拟结果和测站潮位结果比较吻合;然后,对伶仃洋在“山竹”登陆前后的风暴潮增水过程的时空分布及变化特征进行分析。从伶仃洋湾口到湾顶选取12个点进行时间序列分析,发现除了因距离外海远近不同导致的相位差异外,基本特征相似,符合国际上类似海湾内的风暴潮增水波动特征,可分为初振段、主振段和余振段。为了进一步研究台风参数差异对伶仃洋风暴潮增水的影响,本文基于“山竹”超强台风的特征参数,设计了一系列变化条件下的数值试验,结果发现：（1）台风的登陆时间会影响到风暴潮增水和天文潮之间的相位关系,进而影响到增水的大小。如果风暴潮增水极值正好在天文潮高潮位,风暴潮增水就会削弱,而风暴潮增水正好在天文潮低潮位,风暴潮增水就会增强。（2）台风中心压差决定了台风风力的大小,从而影响风暴潮增水。但是在同一海湾内的影响在空间上并不相同,在较浅区域影响大而较深区域影响小。（3）台风路径会对风暴潮增水产生较大影响。基于“山竹”的路径,...     

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。     

海平面上升对北部湾风暴潮增水影响研究——以 2012 年台风“山神”为例

全球变暖引发的海平面上升将加剧风暴潮增水,进而危及沿海经济发展与社会安全保障。本文基于模型耦合与模型嵌套技术构建北部湾台风风暴潮数值模拟系统,以2012年台风"山神"为天气背景,通过设计7组情景模拟研究未来不同海平面上升背景下北部湾风暴潮增水变化。结果表明:风暴潮期间水位从南向北沿北部湾逐渐涌高,最高水位发生在广西沿岸,达2.4 m以上。天文潮和台风风场拖曳力是形成高水位的主要驱动力,其中天文大潮和最大风场拖曳力对最高水位的贡献率分别约占70%和30%。海平面上升对风暴潮增水的影响具有时空非线性和非均一性特征。其中,潮位波动和波-流耦合效应会改变实际最大增水发生时间,导致钦州湾附近高潮位大致提前1天半,海平面上升1.1 m使得最大风暴潮增水大致提前30 min;未来海平面上升0.66～1.1 m将导致北部湾大部分海域风暴潮增水幅度放大6%～10%,广西沿岸钦州湾和大风江河口出现负增加效应,可能与溺谷海湾地形特征有关。研究结果可为未来北部湾沿岸防御风暴潮灾害提供理论依据。     

Numerical Investigation of High Tide Level Due to A Super Typhoon in A Coastal Region

A numerical model of the coupling between astronomical tide and storm surge based on Mike 21 is applied to the coastal regions of Zhejiang Province.The model is used to simulate high tide levels combined with storm surge during 5 typhoons,including two super typhoons,that landed in the Province.In the model,the atmospheric forcing fields are calculated with parametric wind and pressure models.The computational results,with average computed errors of 13 cm for the high astronomical tide levels and 20 cm for the high storm-tide levels,show that the model yields good simulations.Typhoon No.5612,the most intense to land in China since 1949,is taken as the typical super typhoon for the design of 5 typhoon routes,each landing at a different location along the coast.The possible extreme storm-tide levels along the coast are calculated by the model under the conditions of the 5 designed typhoon routes when they coincide with the spring tide.Results are compared with the high storm-tide levels due to the increase of the central atmospheric pressure at the base of a typical super typhoon,the change of tidal type,and the behavior of a Saomai-type typhoon.The results have practical significance for forecasting and minimization of damage during super typhoons.     

不同路径台风作用下长江下游沿线风暴增水分布研究

长江口受台风影响严重,台风风暴潮、上游洪峰及天文大潮相遇将致使长江下游至长江口水位暴涨,对沿岸至河口的防汛安全构成严重威胁。基于ADCIRC模型构建东中国海至长江口风暴潮数学模型,模拟9711号台风和0012号台风两场典型台风水位过程。以典型台风为基础构成多种台风路径,分析不同登陆位置和走向对长江沿线风暴增水影响。研究大洪水、不同路径台风、天文大潮共同影响下长江下游沿线风暴增水分布规律。结果表明:登陆位置处于长江口南侧情况下长江河道沿线增水大于正面登陆长江口和北侧登陆型台风;平行于长江河道方向移动的台风造成沿线增水大于斜向穿越长江口的台风,不同台风走向对于风暴增水影响程度小于登陆位置;台风风暴潮、上游洪峰及天文大潮“三碰头”情形下长江沿线增水分布呈单峰型,从大通至江阴不断增大,江阴至中浚维持高位,中浚至口外迅速减小。     

浙江沿海超强台风作用下的台风浪波高

基于 SWAN 波浪传播模型建立包含风暴潮与天文潮耦合传播的台风浪数值模型,通过多次台风引起的波浪模拟,证实该模型可适用于浙江沿海.将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,计算了超强台风在浙北至浙南3个不同地点登陆遭遇天文潮高潮位时产生的沿海波高过程.结果显示,在开敞海区,登陆点南侧附近及其以北沿海,台风登陆时过程最大有效波高与风暴高潮位基本同时出现,而在登陆点以南远区的沿海海域,最大有效波高出现在登陆前的一个高潮位附近;超强台风作用下浙江陆域沿海离岸近1 km 范围内有效波高可达4耀6 m.这些结论对海堤工程设计和防灾减灾具有重要意义.     

2012年“苏拉”和“达维”双台风影响的近海风暴潮过程

作为影响我国沿海的主要自然灾害之一,台风风暴潮的产生和影响机制与防灾减灾息息相关。双台风引起的风暴潮因台风强度、路径等相对关系复杂多变,目前双台风相互作用下的风暴潮研究还不充分。采用参数化台风模型对2012年典型双台风"苏拉"和"达维"的风场、气压场过程进行了模拟与融合,并采用ELCIRC模型对双台风作用下的风暴潮过程进行了模拟。引入单台风单独作用的假设算例,探讨了双台风之间对增水、流场的相互影响和影响区域。研究结果表明,虽然两个台风登陆强度相当,但台风"达维"在海州湾海域引起的增水要远大于"苏拉"在台湾、福建海域引起的增水。风暴潮引起的增水及流速变化与台风在海表的风应力密切相关,较大变化幅值分布在台风行进路径的右侧。与台风单独作用时相比,台风"苏拉"与"达维"引起的风暴潮增水与流速变化在两者相互作用下均有所削弱,其中"苏拉"引起的风暴潮受到的影响更大。双台风风暴潮之间的非线性效应在不同区域的强度存在差异,在台风"苏拉"主要影响区域内非线性效应较强,其他区域则相对较弱。以上结果表明产生风暴潮较弱的台风一方对气象环境敏感性更高,风暴潮的响应更显著。     

舟山渔港风暴潮模拟分析

渔港风暴潮研究对防灾减灾具有重要意义。本文构建了舟山海域嵌套网格的风暴潮模型，经天文潮与风暴潮实测资料验证效果良好。设计5个方向共14条台风路径，计算了2017年8月8?12日大潮期12～17级台风下舟山渔港的风暴潮位。结果表明，由于向岸风作用南侧SE向比北侧E向登陆台风所造成的最高风暴潮位高35.7%，差值可达82 cm；对于两端通海的舟山渔港，南侧0.5R处登陆的SE向台风，风向与东口门朝向一致而跟渔港走向斜交，有利于水体进入并滞留，此时风暴潮位最高。南侧12级台风下ESE、SE、SSE发生漫堤，而北侧登陆台风无漫堤风险，沉降等原因造成海堤防台能力两头低于中段；数值试验显示，若在小干岛东侧设置丁坝，可将17级台风作用下的漫堤概率由26.23%减为10.66%。     

深圳近海风暴潮影响因素分析

风暴潮可能给沿海城市造成巨大破坏, 而深圳位于易受台风影响的南海北部沿岸, 经济和人口总量巨大, 但有关深圳近海风暴潮的研究工作却十分匮乏。本文基于区域海洋模式系统(regional ocean model system, ROMS)建立了一个以深圳近海为中心的三层嵌套模型, 用于研究深圳近海台风所致风暴潮的影响因素。首先对2018年台风“山竹”过境深圳导致的风暴潮进行模拟, 模拟结果与观测结果较为一致。在此基础上, 进行一系列参数调整试验, 研究台风登陆地点、登陆角度、台风尺度、台风强度以及移动速度的改变对风暴潮及其分布的影响。结果表明, 在深圳西边登陆的台风, 比在深圳东边登陆的台风产生的最大增水高1.5m左右。由东往西移动并登陆深圳的台风, 比由南向北移动的台风产生的最大增水高1.0m左右。台风最大风速半径增加15%, 最大增水上升0.2m左右。台风强度增强15%, 最大增水上升0.4m左右。台风移动速度总体上对风暴潮影响不大, 但不同登陆地点存在明显差异。当台风在深圳西边或者东边登陆时, 台风移动速度增加30%, 深圳沿海各海湾的最大增水反而上升0.2~0.6m。当台风从深圳中部登陆时, 台风移动速度增加30%, 珠江口的最大增水降低0.1m左右, 大鹏湾和大亚湾的最大增水却相反地上升0.2m左右, 不同海湾对台风移动速度呈现不同的变化特征, 与各海湾水体重新分布到稳定状态时间和台风作用时间有关。     

我国南海沿海台风及暴潮灾害趋势分析

利用中国气象局上海台风研究所(CMA)和国家海洋局(SOA)数据资料, 对南海沿海台风活动(1949—2016)和风暴潮灾害趋势(1989—2016)进行了统计分析。结果表明, 南海地区台风年登陆频数整体上呈微弱减少趋势, 但强台风影响及强度呈加强趋势; 1990年代中期台风登陆频数出现显著突变, 粤东地区受高强度台风的影响变得频繁, 粤西地区从2007年开始台风登陆强度逐年增强; 研究区域内台风强度分布一致性较好。文章还总结了典型的热带气旋路径, 分析了不同入射角范围的台风在强度和地区分布上占比的变化规律, 指出近年来中国南海沿海地区年强台风暴潮灾害发生频数增多, 年最大风暴潮等级有增大趋势。     

台风“圣帕”登陆福建前后的风暴潮特征分析

通过普查台风影响和登陆前后的气象和水文资料,分析总结了2007年登陆福建的第9号台风"圣帕"风暴增水特征及其与气象要素的相互关系."圣帕"引起的福建沿海风暴增水明显 ( 50 cm 以上 ) 且持续时间长 (52 h );风暴增水最大峰值出现在台风位于台湾海峡时,次峰值分别出现在台风登陆台湾岛前 1～2 h 和台风登陆福建沿海前 4 h."圣帕"风暴增水幅度与各验潮站的海平面气压关系密切,6h变压值对于风暴增水幅度的预报有一定的提前预报价值.