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。     

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。     

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。     

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。     

上海防洪水位研究中吴淞台风暴潮数值计算与可能最高潮位的分析

鉴于严重危及上海的洪水水位主要由其近海的台风暴潮所致,本文以长江口及浙北近海的台风增水的数值模型为基础,首先对吴淞8114号台风增水进行数值模拟,确定适当的模拟技术.然后合理地设计出可能发生的假想台风再输入数值模型,计算出可能发生的最大台风增水.最后根据对实际资料中风暴湖与天文潮相互耦合现象的分析,给出吴淞可能的最大高潮位,从而为上海市防洪工程提供论证或设计依据.     

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.     

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。     

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     

福建沿岸天文潮-风暴潮-台风浪耦合漫堤预警系统

基于SWAN模式和MATLAB GUI软件建立了福建沿岸天文潮-风暴潮-台风浪耦合漫堤预警系统。该系统包含天文潮-风暴潮-台风浪耦合计算模式和海堤预警显示两部分:天文潮-风暴潮-海浪耦合水位计算采用自主研发的FETSWCM模式(Finite Element Tide-Storm Surge-Wave Coupled Model),台风浪计算采用SWAN模式(Simulation WAve Nearshore),耦合计算时FETSWCM为SWAN提供风场、水位场及流场,SWAN为FETSWCM提供波浪辐射应力;海堤预警显示基于MATLAB GUI软件交互界面,根据模式计算波浪爬高所及高程结果(天文潮-风暴潮耦合水位与波浪爬高的和)对福建沿岸海堤进行可视化预警报。使用该系统进行两场台风过程福建省沿岸的漫堤后报检验,结果表明:1312号台风过程7条海堤及1319号台风过程东山县8条海堤漫堤预警准确率为87%。     

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.     

Computational investigation of typhoon-induced storm surge in Hangzhou Bay,China

The Hangzhou Bay faces frequent threats from typhoon-induced storm surge and has attracted considerable attentions of coastal researchers and environmental workers. A three-dimensional storm surge model system based on Finite-Volume Coastal Ocean Model (FVCOM) and analytical cyclone model is applied to investigate the hydrodynamic response in the Hangzhou Bay to tropical typhoon. This model has been used to reproduce the storm surge generated by Typhoon Agnes (No. 8114) and the simulated wind field and water elevations have been compared with the available field observations. A series of numerical experimental cases have been conducted to study the effects of land reclamation project (shoreline relocation and seabed deformation) and cyclonic parameters (minimal central pressure (MCP), radius to maximal wind (RMW) and translation speed (TS)) on the hydrodynamics in the Hangzhou Bay. The results show that the shoreline relocation and seabed deformation could generate much higher storm surge in the vicinity of reclamation project with the shoreline relocation making main contribution (about 70%) to this increase. It is found that among the cyclonic parameters, RMW is the most important factor affecting the peak surge in the Hangzhou Bay.     

渤海局部海域风暴潮漫滩计算模式──ADI干湿网格模式在渤海局部海域风暴潮漫滩计算中的应用

采用ＡＤＩ干湿网格模式和一种大小区嵌套式的数值计算格式，考虑了天文潮与风暴潮的非线性耦合效应，对渤海局部海域的风暴潮漫滩进行了数值模拟。模拟结果与实测结果符合良好，证实ＡＤＩ干湿网格模式对海湾风暴潮漫滩计算的可行性。指出ＡＤＩ干湿网格模式对预报淹水受灾范围具有应用价值。     

地形变化对青岛地区风暴潮灾影响的一次模拟

本文以8509台风为例，模拟了因地形变化而对青岛地区风暴潮灾的影响。结果显示，如果胶州湾口外局部地形变深，在8509台风的情况下，风暴增水会造成一定程度的增加，而且对底层风暴潮流会造成更大的影响。     

“9711”号台风高潮位预报及其经验

对在浙江省温岭登陆的“9711”号台风的风暴潮预报过程作了回顾, 总结了预报成功的经验, 探讨了对海门站预报误差较大的原因。预报实践证明, 正确的气象预报是台风暴潮预报的基础,密切关注风暴的增水变化,随时调整预报值是风暴潮预报的关键。与实测资料比较,“9711”号台风高潮位的预报是及时、准确的,它为进一步提高风暴潮的预报精度和时效积累了经验     

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。     

Wave set-up in the storm surge along open coasts during Typhoon Anita

Wave set-up in storm surges is studied using a numerical model for coasts in Tosa Bay, Japan, open to the Pacific Ocean. Simulation models employing only atmospheric pressures and winds as external forces are unable to properly simulate open coast storm surge heights, such as those due to Typhoon Anita (1970). However, the present study shows that a numerical model incorporating wave-induced radiation stresses, as well as wind stresses and pressure gradients, is able to account for the open coast surge heights. There is a maximum contribution of 40% by the radiation stresses to the peak sea level rises. This study also evaluates the effects of the tides; including the tides improves the agreement between the predicted water surface elevations and the observations. The difference in predictions between one-way coupling from wave to surge models and two-way coupling of the surge and wave models is found to be small.     

0216号台风风暴潮分析

本文着重分析了0216号台风引起的福建全省沿海风暴潮几个显著特点及其成因，初步探讨灾情分布的原因，为今后该类型台风风暴潮预报积累经验及防灾减灾提供基础资料依据。     

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。     

波流耦合作用下渤海及北黄海风暴潮增水及海浪过程的数值模拟

本文基于三维波流耦合FVCOM-SWAVE数值模式,采用Jelesnianski参数化风场与再分析数据集ECMWF风场数据叠加而成的合成风场作为外力驱动力,模拟了1818号"温比亚"台风引起北黄海及渤海海域风暴潮增减水及波浪的生长与消减过程,进而分析该海域在"温比亚"台风作用下波浪对流速垂向分布的影响。研究结果表明:合成风场得到的风速最大值及出现时刻与实测数据符合较好,合成风场较为合理,能够为模拟波流耦合机制下海域水动力变化提供准确的风场条件;几个测站的风暴潮增水模拟结果与实测数据较为吻合,FVCOM-SWAVE耦合系统合理地再现了"温比亚"台风在黄渤海引发的风暴潮增水以及台风浪过程。此外,计算结果显示"温比亚"期间黄渤海海域最大有效波高分布于台风中心外围,且位于台风前进方向上,波浪最大有效波高值与台风强度有关;在台风过境期间,波流相互作用对近岸海域流速的垂向分布具有一定影响,考虑波流相互作用可有效提高台风风暴潮数值模拟精度。研究结果对台风灾害预报、防灾减灾及港口建筑选址具有一定的参考意义。