“070304”渤海特大风暴潮的成因分析

对2007年3月4日发生在渤海的特大风暴潮天气过程，从大气环流形势、动力条件、天文条件、地形条件等方面进行了详细的分析。结果表明，长时间北高南低的地面气压场在渤海形成持久的偏东大风是造成风暴潮的重要因素；强烈的低层辐合高空辐散使地面气旋不断加强，气旋四周较强的气压梯度力是风暴潮的强迫动力之一；风应力增水作用与天文大潮相叠加直接加剧了风暴潮的强度。渤海特殊的地形特征有利于形成风暴潮天气，当地面风由东北转为西北后，渤海湾的潮位开始回落，渤海海峡的潮位继续升高，其最高潮位时间与潮位回落时间均滞后于渤海湾。     

羊角沟风暴潮的预报方法

羊角沟位于平缓浅滩的莱州湾南岸,该地形利于风暴潮的形成。每年的秋、春季节,黄河下游及江淮流域经常出观气旋活动,在其发展东移过程中常伴有黄海偏东大风。在风的摩擦作用下,使海水经渤海海峡涌入渤海、整个渤海海域持续增水。当气旋入海后,其后部的冷空气南下,常伴有偏北大风。在偏北大风的作用下,使已经持续增水的渤海海域在其南岸的莱州湾出现向岸海流,莱州湾沿海区潮位剧增形成风暴潮。     

渤海西岸致灾风暴潮的统计预报模型

渤海西岸是风暴潮灾害多发区,1990年代以后发生几率和灾害损失明显增加。利用气象科学和海洋水文科学相结合的方法,依据黄骅港潮汐资料,对发生在渤海西岸的风暴潮进行统计分析。结果表明,台风和强冷空气配合气旋是造成渤海西岸风暴潮的主要天气系统,偏东大风增水和天文潮叠加是造成风暴潮的直接因素;风暴潮和天文潮汐都有半日潮现象。在此基础上,建立了渤海西岸风暴潮预报模型,通过台风或冷空气配合气旋影响时增水值的计算,结合天文潮汐资料,做出最高潮位预报。应用该预报方法对渤海西岸发生的7次风暴潮进行回报,预报值与实测值基本相当,是基层台站较实用的预报方法。     

离岸风背景下风暴潮异常增水特征分析

渤海湾在8月份出现由温带气旋引发高达518 cm的风暴潮属小概率事件。作者应用天气图、卫星云图、自动站观测资料及天津海洋局潮位资料,对2008年8月天津港发生的两次风暴潮异常增水过程进行了特征分析,得到气象因子对风暴潮的影响关系,为预报风暴潮提供依据;进一步探讨了在离岸风即西北风作用下产生风暴增水的条件和机制。结果表明,温带风暴潮过程增水强度大(最大增水121 cm)且持续时间长(达15小时);分析了气旋增水不同于台风增水的特点,并应用半封闭浅海湾中开尔文波传播理论分析了风暴潮产生的原因。     

一次莱州湾温带气旋风暴潮的成因分析

利用常规气象资料和自动站资料，分析了2007年3月4日产生在渤海西部莱州湾的温带气旋风暴潮的天气系统、风场结构特征以及诱发风暴潮的气象、天文因素。结果表明，东亚地区南北两槽的结合，冷空气与暖湿气流在山东半岛的交馁以及江淮气旋的北上是引发这次风暴潮的主要天气背景，而持续强烈的东北大风是风暴潮产生的强迫动力，再加上风应力的增水作用和天文大潮相叠加，导致了风暴潮的发生。     

对一次温带气旋引发的渤海风暴潮过程的数值模拟

利用三维非静力中尺度大气模式—MM5（Version 3.7）输出的黄渤海海面风场和气压场预报资料,用三维斜压陆架海模式—HAMSOM对2008年8月22日温带气旋造成的渤海风暴潮过程进行了模拟,得到逐时的渤海增水场、渤海风暴潮流场,与验潮站的观测数据进行比较。结果表明：在渤海西部已经转西北风的情况下,塘沽出现了121 cm的高增水,造成这种现象的原因很复杂,其中远距离的气旋作用产生的北黄海海域偏东大风导致北黄海水体大量涌入渤海应该是一个主要原因。这也是今后预报业务中必须特别关注的产生风暴潮的重要因素。数值模拟的塘沽测站的风暴潮增水极值及增水过程都和实测值符合较好,本次过程中数值预报能够很好地模拟出这种特殊的风暴潮。在离岸风的情况下产生风暴潮,这仅靠预报员凭经验主观分析判断是很难的,数值预报可以弥补预报员主观分析的不足。     

渤海湾风暴潮天气系统及风场结构个例分析

利用常规资料、中尺度模式(MM5)模拟结果和自动站资料分析了2003年10月11日渤海湾风暴潮的天气系统及风场结构特征。分析表明，强冷空气从偏东路径南下与强盛的暖湿急流及地面倒槽的共同作用，形成持续强东北大风是引发渤海风暴潮的主要强迫动力，风应力海水向岸输送(增水)范围约100km持续时间10～12h，风应力增水作用与天文大潮相叠加直接导致风暴潮的发生。1985年以来渤海湾成灾风暴潮发生的几率明显增加。     

应用于斯里兰卡和印度半岛南部风暴潮和海流模拟的有限差分方法

风暴潮预报是流体力学中一个著名的问题。本文描述了一个用有限差分方法的沿海地区数值模式，该模式已被用于在斯里兰卡和印度半岛南部沿海由热带气旋产生的风暴潮预报。我们以１９６４年的Ｒａｍｅｓｗａｒａｍ气旋、１９９２年的Ｔｕｔｉｃｏｒｉｎ气旋的强迫风应力分布为代表作了两次风暴潮模拟试验，试验结果都与记录的相应最大潮位非常吻合。     

2010-2019年春季影响大连的温带气旋特征及爆发性气旋成因分析

利用常规和加密气象观测、NCEP再分析、云图等资料,对2010—2019年春季影响大连的温带气旋特征及爆发性气旋造成的极端天气的物理机制进行分析。结果表明：春季进入到渤海、黄海北部的气旋平均每月2.4个;气旋一般先进入黄海,进入黄海和经渤海进入黄海的温带气旋总计有84.5%进入黄海北部,且春季进入黄渤海的气旋73%会给大连地区带来大风或降水天气,影响大连东部沿海的几率远高于其他地区;产生较强灾害性天气的爆发性气旋多发生在春季,路径基本都是由西南向东北方向移动。爆发性气旋主要是因为温带气旋经过黄渤海后短时间快速降压,到大连陆地发生爆发性发展,这种温带气旋的发展一般从低层开始,具有较强的锋区和斜压性,爆发阶段位于正涡度平流最大的高空急流出口区,对应低空位于低空急流左前方辐合区。较强的冷、暖温度平流是造成极端降水和大风天气的主要因素,暴雨的形成主要是温带气旋带来的暖湿气流持续输送,并伴有较强上升运动促使的水汽垂直输送,整层水汽充沛;当低空急流发展和冷、暖空气交绥时,出现了在高湿、高温的湿斜压锋区上的强降水;而北路强冷空气与黄、渤海上爆发性发展的温带气旋形成极强气压梯度,是出现极端大风的主要原因。     

莱州湾风暴潮天气统计特征

风暴潮又称风暴海啸。一般是由台风、气旋、强寒潮等持续时间较长的风暴系统影响下所引起局部海域海面非周期异常升高的一种较严重的自然灾害。如若风暴潮与天文潮同位相迭加时,这种海面的异常升高现象更为显著,常出现多年不迂的最高潮位,在短时间内造成重大灾害。     

0703温带气旋特大风暴潮数值模拟对比分析

为验证德国汉堡大学所开发的三维陆架模式HAMSOM(Hamburg Shelf Ocean Model)对渤海海域气旋风暴潮模拟的可行性和准确度, 并对不同来源气象数据的模拟结果进行比较, 分别使用T213和NCEP资料的风场和气压场数据, 运用HAM SOM模式对2007年3月4—5日发生在渤海和黄海北部的气旋风暴潮增水过程进行了数值模拟。模拟结果较好地反映出烟台、威海两站风暴潮增水过程的水位变化, 较准确地模拟出风暴潮在渤海、黄海北部的增水过程, 且T213资料比NCEP资料的模拟结果更接近实况, 该模式对研究和模拟渤海气旋风暴潮比较适用。     

海面风场订正对风暴潮数值模拟的影响

海洋模式在模拟风暴增水时对于风场的依赖性比较大,准确的风场模拟是正确模拟风暴潮的重要前提.用渤海海域4次典型的风暴潮个例,检验改良的渤海风场推算模式对风暴潮数值模拟的影响,分别用订正前后的风场驱动风暴潮数值模式得到逐时的渤海增水场,并与塘沽实测值比较表明:在4个过程中海面风场订正后风暴潮模式的模拟结果均得到了明显的改进...     

一次入海气旋快速发展的动力和热力学特征分析

利用扩展Zwack-Okossi方程(扩展Z-O方程)对2007年3月3-5日黄、渤海海上快速发展的温带气旋进行了诊断分析。结果表明,潜热释放和暖平流在气旋发展初期起主要作用,潜热释放是气旋接近爆发性发展的最主要强迫项,这与以往研究的主要受涡度平流强迫的中国沿海温带气旋不同,说明在中国近海快速发展的一部分温带气旋主要是由潜热释放项强迫的。绝对涡度平流在气旋发展后期才成为主要强迫项。进一步利用MM5模式模拟了潜热释放的作用以及其他一些影响气旋发展的因素,海表面热通量、水汽通量以及气旋路径上的地形对这次气旋的发展有积极贡献,但作用相对潜热释放较小。由于这种在中国近海接近爆发性发展的温带气旋容易造成风暴潮,因此利用动能方程对气旋发展中期的渤海大风进行了诊断分析。结果表明,动能水平平流是动能增加的主要作用项,但动能达到最大值后渤海海域的动能主要由有效位能转换和动量下传提供。     

对“麦莎”路径及造成黄渤海域大风浪的数值模拟

2005年9号热带风暴“麦莎”8月8R凌晨开始影响大连,到10R过程完全结束,历时近两天,不仅造成了暴雨（局部大暴雨）天气,而且大连海区出现最大风力8-9级、阵风11级的大风。此时适逢天文大潮高峰期,渤海和黄海北部海域出现4m以上的浪高,形成了风暴潮。利用MM5模式和第三代浅水波浪数值预报SWAN模式,对“麦莎”的移动路径以及“麦莎”造成黄渤海域的强风场、强浪场进行模拟,结果与实况基本一致,并且通过模拟,对缺少资料的海面风场、浪高场有更全面的了解。     

莱州湾风暴潮的形成与增水量评估

运用昌邑市下营水文站和寿光市羊口水文站的资料,对莱州湾风暴潮的形成机制和影响系统进行了分析.结果发现:诱发莱州湾风暴潮的天气系统主要有热带气旋、温带气旋及冷锋.由于莱州湾特殊的地理构造和地形条件,风暴潮在爆发过程中,有3个比较明显的天气机制,即爆发前的东南大风、爆发中的东北大风及其持续时间、天文大潮.对风暴潮各阶段的增水量值进行了定量的估计.     

Comparison of three methods for estimating the sea level rise effect on storm surge flooding

Two linear methods, including the simple linear addition and linear addition by expansion, and numerical simulations were employed to estimate storm surges and associated flooding caused by Hurricane Andrew for scenarios of sea level rise (SLR) from 0.15 m to 1.05 m with an interval of 0.15 m. The interaction between storm surge and SLR is almost linear at the open Atlantic Ocean outside Biscayne Bay, with slight reduction in peak storm surge heights as sea level rises. The nonlinear interaction between storm surges and SLR is weak in Biscayne Bay, leading to small differences in peak storm surge heights estimated by three methods. Therefore, it is appropriate to estimate elevated storm surges caused by SLR in these areas by adding the SLR magnitude to storm surge heights. However, the magnitude and extent of inundation at the mainland area by Biscayne Bay estimated by numerical simulations are, respectively, 22–24 % and 16–30 % larger on average than those generated by the linear addition by expansion and the simple linear addition methods, indicating a strong nonlinear interaction between storm surge and SLR. The population and property affected by the storm surge inundation estimated by numerical simulations differ up to 50–140 % from that estimated by two linear addition methods. Therefore, it is inappropriate to estimate the exacerbated magnitude and extent of storm surge flooding and affected population and property caused by SLR by using the linear addition methods. The strong nonlinear interaction between surge flooding and SLR at a specific location occurs at the initial stage of SLR when the water depth under an elevated sea level is less than 0.7 m, while the interaction becomes linear as the depth exceeds 0.7 m.     

A numerical modelling study of coastal flooding

Summary A coastal ocean model capable of modelling tides, storm surge and the overland flow of floodwaters has been further developed to include the flux of water from tributaries and the forcing from wave breaking that leads to wave setup in the nearshore zone. The model is set up over the Gold Coast Broadwater on the east coast of Australia. This complex region features a coastal lagoon into which five tributaries flow and is subject to flooding from extreme oceanic conditions such as storm surge and wave setup as well as terrestrial runoff. Weather conditions responsible for storm surge, waves and flooding include cyclones of both tropical and mid-latitude origin. Two events are modelled. The first is an east coast low event that occurred in April 1989. This event verified well against available observations and analysis of the model simulations revealed that wave setup produced a greater contribution to the elevated water levels than the storm surge. The second case to be modelled was tropical cyclone Wanda, responsible for the 1974 floods. Modelled water levels in the Broadwater were reasonably well captured. Sensitivity experiments showed that storm surge and wave setup were only minor contributors to the elevated sea levels and their contribution was confined to the earlier stage of the event before the runoff reached its peak. The contribution due solely to runoff exhibited a tidal-like oscillation that was 180° out-of-phase with the tide and this was attributed to the greater hydraulic resistance that occurs at high tide. A simulation of this event with present day bathymetry at the Seaway produced sea levels that were 0.3–0.4 m lower than the simulation with 1974 bathymetry highlighting the effectiveness of deepened Seaway channel to reduce the impact of severe runoff events in the Broadwater. Received October 16, 2001 Revised December 28, 2001