"海棠"台风近海打转成因分析

本文针对"海棠"台风在台湾东北侧临近登陆时突然逆时针打转的异常路径,利用常规天气图并结合逐时雷达回波资料,深入分析"海棠"台风近海打转时段的环境流场及台风涡旋结构演变特征,探讨台湾花莲附近地形作用及台风偏心结构等因素对台风移动路径的影响.结果表明:在鞍形场的环流背景下,台湾中央山脉地形强迫、台风涡旋热力对流不对称等外在因素的作用,促使台风涡旋内在的动力结构产生不对称的快速变化,导致台风在近海打转.     

0505号台风"海棠"特征分析

通过对0505号“海棠”台风的高空背景场及云图的分析,揭示了台风“海棠”的特征。台风“海棠”具有移速稳定、路径怪异、雨量强,范围大、破坏力强及两次登陆的特点。副高、台湾岛的地形对“海棠”台风移动路径和强度变化有重要影响。     

0414号“云娜”台风浪时空分布特征的遥感研究

综合利用GFO、TOPEX/Poseidon、Jason-1和Envisat等4颗卫星高度计的有效波高数据以及QuickSCAT散射计的风场数据,分析了0414号"云娜"(RANANIM)台风浪的时空分布特征以及浪场和风场之间的相互关系.结果表明:(1) 台风浪融合结果图较好地显示了台风的移动路径,该路径与美国NASA提供的台风路径基本一致;(2) 随着时间的推移,"云娜"由热带风暴逐渐演变成强台风,它所生成的台风浪也越来越大,平均浪高由最初的5.5 m左右增至8.5 m左右,最大浪高从6.5 m增加到10.6 m;(3) 台风浪中心与台风中心的空间分布基本一致,台风浪相对于台风中心近似成对称(圆形)分布,其影响半径大概为400～500 km;(4) 结合由QuikSCAT散射计提供的风场数据可以发现,台风中心风速从20 m/s左右逐渐发展到30 m/s以上,海面对应的日平均浪高也由4～5 m发展到6.5～8.5 m,台风影响下出现的15 m/s以上风速的径向半径和分布范围与3 m以上浪高的径向半径和分布范围基本一致.     

非结构网格模型在闽东沿海台风浪模拟中的应用

基于加密的非结构三角网格,以Holland模型风场叠加美国国家环境预报中心(NCEP)海面风场构造的合成风场驱动第三代浅水波浪数值模型(SWAN)对2017年影响闽东海域的"纳沙"和"泰利"台风过程进行数值模拟,并运用浮标站的实测数据对模拟结果进行验证.结果表明,模型计算的风速、有效波高与实测值符合较好,合成风场能较好地模拟台风期间的风速变化过程,SWAN模式能够合理地再现闽东沿海台风浪的时空分布特征.由模拟结果可见:台风"纳沙"中心越过台湾岛进入台湾海峡北部海面,受海峡地形的约束,其波浪场呈NE—SW向椭圆状分布,北部海域的浪高大于南部,闽东沿海遍布大范围的巨浪到狂浪;超强台风"泰利"未登陆闽东,当其台风中心与大陆的距离最近时,海面波浪场分布与台风风场结构一致,台风中心附近海域为14 m以上的怒涛区,巨浪遍布于闽东沿海.研究结果可为闽东沿海台风浪灾害预警和应急管理提供技术支撑和参考依据.     

海面温度变化影响台风"海棠"强度的数值研究

通过对台风"海棠"5 d的数值模拟,研究海表温度(SST)变化对台风强度的影响。与NCEP月平均海表温度相对比,在中尺度大气模式中引入热带测雨卫星(TRMM)微波成像仪(TMI)/先进微波扫描辐射计(AMSR-E)来考察SST对台风"海棠"路径和强度的影响。研究结果表明,每天变化SST的试验模拟的台风强度和路径整体效果不错;模拟的台风路径不敏感于SST的变化,而台风强度的变化不仅取决于由于台风移动引发的SST冷却的幅度大小,而且取决于SST冷却区域的相对位置。在台风"海棠"强烈发展过程中,台风中心右侧冷却区对台风中心气压影响很小;台风强烈发展过后,SST冷却区开始影响台风强度,但造成台风中心气压下降幅度不大,6 h内台风中心气压减弱约3.9 hPa。海面热量通量和海面风速与SST的分布都有良好的相关性:在SST变化为正值的暖水区,感热通量和潜热通量都是一个正的通量分布的极值区,并有风速极大值区域存在;在台风右侧相应的冷却区,则存在着负的通量异常和风速极小值区域。     

西北太平洋三台风影响下海浪的数值模拟研究

采用NCEP-FNL(Final Operational Global Analysis)再分析风场资料及WW3(WAVEWATCH Ⅲ)海浪模式对2015年连续发生的1509号台风"灿鸿"、1510号台风"莲花"和1511号台风"浪卡"进行数值模拟。通过与卫星高度计资料和浮标观测资料对比,验证了模拟结果的有效性,并分析台风浪的特征。结果表明:采用再分析风场资料驱动WW3海浪模式,较好地模拟了3个台风影响下西北太平洋海浪场的分布和演变特征;模拟波高与遥感的轨道波高资料相关性超过0.7,平均相对误差小于0.23,风速误差是造成模拟误差的主要原因;台风浪的大小不仅取决于台风强度,还受海域的影响。近海海域由于海岸与岛屿的阻碍,波浪能量频散受到抑制,易产生局地巨浪;而深海大洋开阔海域,易于台风浪能量传播。本文相关结论为台风浪的定量预报及防灾减灾提供有益参考。     

台湾海峡及厦门湾台风浪场数值模拟

本文利用国际上先进的第三代海浪模式SWAN,在充分考虑风能量输入、白浪效应、水深诱导的波浪破碎、底摩擦、波-波间的非线性相互作用等物理过程。以0604号台风"碧利斯"为例,通过嵌套计算方式,模拟了台湾海峡及厦门湾台风浪场的分布特征。将数值模拟结果与浮标测站实测资料对比分析,结果表明台风浪高模拟值与实际台风资料相符较好,可以为该海域台风浪的模拟提供较好的参考。     

"苏拉"和"达维"双台风过程中台风浪和海温的数值模拟

本文基于FVCOM-SWAVE耦合模型,以双台风"苏拉"和"达维"的台风过程为例,研究了台风过程中海浪和海温的变化,通过与高度计和Argo资料的对比,发现耦合模型能较准确的模拟出有效波高和海表面温度。由于双台风风场相互作用,风场结构和最大风速位置发生改变,影响着有效波高的分布,台风"苏拉"产生的最大有效波高位于台风后侧。海表面温度的降低与风场、浪场分布密切相关,强风强浪处的降温现象更明显,"苏拉"产生的降温区域位于路径附近,"达维"产生的降温区域位于路径右侧。台风对海表面温度的降低与初始的混合层厚度、温跃层强度存在相关性,具体表现为初始的混合层越薄、温跃层强度越大,降温越明显。     

0509"麦莎"台风浪特征分析

通过对0509号“麦莎”台风浪的分析,揭示影响台风浪成长、发展、消衰的物理因素。分析结果表明:台风浪的大小、台风浪的范围、台风浪区的对称性不仅和台风的强度、移动速度、外围大尺度天气系统有关,并且也受岛屿及海底地形等环境条件的影响:其中影响台风浪主要因素是风速、风时和风区,三者之间相互影响相互制约。     

深圳香港海域可能最高潮位和浪高计算分析

基于历史数据的分析,选择历史上强度最强的台风"荷贝"作为设计超强台风的强度,最不利路径的台风"雪莉"作为设计路径,作为深圳香港海域设计超强台风。采用海洋-陆架区-海岸三重嵌套网格建立的天文潮-风暴潮-台风浪耦合模型计算设计超强台风遭遇天文大潮的高潮位登陆时深圳香港海域的可能最高潮位和浪高。计算结果表明,大鹏湾北部和香港吐露港内,可能最高风暴潮位在3.00 m以上,浪高达到4.0～5.0 m;香港维多利亚港风暴潮位2.92 m,深圳香港水域东部南部在2.50 m以上,浪高3.0～5.0 m。可能最高风暴潮位比大鹏湾防潮警戒水位高1.62 m左右,比香港维多利亚港200年一遇的潮位高0.50 m。     

大型风浪水槽风浪统计特征的测量和分析

研究大型风浪水槽的风浪统计特征，采用多通道测波系统，同步采集沿水槽的１２个测点在不同风速下的风浪数据，从观测事实上分析风浪波面分布和有关要素特征，并建立水槽风浪统计要素与风速，风区长度之间的关系     

Air-Sea Interactions under the Existence of Opposing Swell

Data of a comprehensive laboratory study on the coexistent system of wind waves and opposing swell (Mitsuyasu and Yoshida, 1989) have been reanalyzed to clarify the air-sea interaction phenomena under the coexistence of wind waves and swell. It is shown that the magnitude of the decay rate of swell due to an opposing wind is almost the same as that of the growth rate of swell caused by a following wind, as measured by Mitsuyasu and Honda (1982). The decay rate is much smaller than that obtained recently by Peirson et al. (2003), but the reason for the disagreement is not clear at present. The effect of an opposing swell on wind waves is very different from that of a following swell; wind waves are intensified by an opposing swell while they are attenuated by a following one. The phenomenon contradicts the model of Phillips and Banner (1974), but the reason for this is not clear at this time. The high-frequency spectrum of wind waves shows a small increase of the spectral density. Wind shear stress increases a little due to the effect of opposing swell. The intensification of wind waves by opposing swell and the small increase of the spectral density in a high-frequency region can be attributed to the increase of wind shear stress. Such organized phenomena lead to the conclusion that the hypothesis of local equilibrium for pure wind waves (Toba, 1972) can also be satisfied for wind waves that coexist with opposing swell. The recent finding of Hanson and Phillips (1999) can be explained by this mechanism.     

风浪槽内风浪外频谱谱形的一些特征

利用实验室风浪槽内测得的波面序列资料估计风浪外频谱。通过与实测风浪内频谱的比较,研究实测风浪外频谱的谱形特征,探讨海浪外频谱与内频谱的相似性问题。此外,还检验一种理论海浪外频谱。     

涌浪对风浪能量影响的实验研究

在实验室风浪水槽中进行纯风浪和混合浪波面位移观测,研究波长较长的规则波对风浪能量的影响.本文用混合浪和纯风浪中的风浪显著波的零阶谱矩之比代表混合浪中的风浪与纯风浪能量之比,并以此表征涌浪对风浪能量的影响.研究了该能量比随涌浪波陡S、风区x、波龄倒数u/C、涌浪频率与纯风浪谱峰频率之比fs/fwp的变化规律.结果表明,涌浪对风浪能量的抑制作用随涌浪波陡的增加、波龄倒数的增大及涌浪频率与纯风浪谱峰频率之比的增大而增强.发现该能量比依赖于无因次量R=(1+80(πS)2)1.9(fs/fwp)0.9(u/C)0.27,并拟合得到2者的经验关系.此外,本文实验还发现,在某些情况下,涌浪的存在使风浪能量增加.     

畸形波作用下半潜浮式风机系泊失效停机响应分析

半潜浮式风机逐渐在深海风电开发中受到关注,建立风机、平台与系泊结构耦合数值计算模型,通过FAST与AQWA链接进行风机塔基荷载及平台运动响应相互耦合传递,基于随机波与极限波组合模型生成畸形波时程序列,进行半潜浮式风机系泊失效全过程时域模拟计算分析,得出系泊锚链张力、风机、塔筒和平台运动时程响应,探究系泊失效、风机停机和叶片变桨速率对浮式风机平台系泊结构动力响应的影响。结果表明：畸形波作用下浮式平台和系泊结构动力响应显著,系泊失效导致塔基剪力增加,平台纵荡和纵摇运动响应显著增大;风机停机会引起系泊锚链张力显著减小,转子推力、塔基剪力和叶尖挥舞位移响应逐渐衰减,平台纵荡、纵摇和横摇运动响应显著减小;随着叶片变桨速率增加,风机转子推力和塔基剪力波动幅值增大。     

New Interpretation of Dependence of Wind Stress on Wave State

Based on observations from buoys, it is found that the wave age is well correlated with the nondimensional wave height, and this correlation is best described by a 3/5-power law. This similarity law is valid in the cases of wind waves as well as swells under natural sea states. On the basis of the 3/5-power law combined with the well-known 3/2-power law, it is shown that the wave-induced wind stress increases rapidly with wave age, indicating that the traditional observations or analytic techniques have only given the turbulent Reynolds stress induced by short wind waves, but excluded the long-wave-induced wind stress. The latter constitutes a small fraction to the total wind stress when the wave age is smaller than 1.0. The increase of sea-surface roughness with wave age can be attributed to wave breaking.     

深水风浪破碎发生率与风速和风区的关系

根据于渤海中部采油平台测得的数据，结合实验室的测量，提出一种深水风浪破碎发生率与风速和风区关系的经验公式，与现已发表的少量海上测量结果相比较，此式符合良好。利用此式较好地解释了风浪破碎起始风速问题。     

Rainfall effect on wind waves and the turbulence beneath air-sea interface

Rainfall effects on wind waves and turbulence are investigated through the laboratory experiments in a large wind-wave tank. It is found that the wind waves are damped as a whole at low wind speeds, but are enhanced at high wind speeds. This dual effect of rain on the wind waves increases with the increase of rain rate, while the influence of rainfall-area length is not observable. At the low wind speed, the corresponding turbulence in terms of the turbulent kinetic energy （TKE） dissipation rate is significantly enhanced by rain- fall as the waves are damped severely. At the high wind speed, the augment of the TKE dissipation rate is suppressed while the wind waves are enhanced simultaneously. In the field, however, rainfall usually hin- ders the development of waves. In order to explain this contradiction of rainfall effect on waves, a possibility about energy transfer from turbulence to waves in case of the spectral peak of waves overlapping the inertial subrange of turbulence is assumed. It can be applied to interpret the damping phenomenon of gas trans- fer velocity in the laboratory experiments, and the variation of the TKE dissipation rates near sea surface compared with the law of wall.     

热带气旋对南海表层流和波浪的能量输入

利用日本气象厅"best track data"热带气旋数据、QuikSCAT(Quick Scatterometer)卫星风场数据和SCUD(Surface Currents from a Diagnostic model)表层流场数据,估算了热带气旋对南海表层流和波浪的能量输入。结果显示,由于热带气旋基本都位于南海中北部,热带气旋对表层流和波浪的能量输入也集中在南海中北部;能量输入最大的月份均在8月和11月,而在9月对总能量输入贡献最大。5～12月,热带气旋对南海表层流的能量输入为1.26GW,占风对表层流总能量输入的9.87%;热带气旋对表层波浪的能量输入为11.60GW,占风对表层波浪总能量输入的5.42%。如果只考虑10°N以北区域,则热带气旋对表层流和波浪能量输入的贡献分别达到11.29%和6.87%。     

两类典型台风路径影响下的黄、渤海海浪场特征研究

台风引起的海浪灾害对我国黄、渤海沿岸影响巨大,严重威胁相关区域人民群众生命财产安全。本文主要利用ERA5(the fifth generation European Center for Medium-Range Weather forecasts atmospheric reanalysis of the global climate)风场研究了两类不同移动路径下的台风(1909号台风“利奇马”和1109号台风“梅花”)在黄、渤海区域的海浪场的时空分布特征及风-浪成长关系。结果表明:两个台风引起的海浪的有效波高空间分布明显不同,波高的分布和风速对应,而海浪周期与风速、波高的分布无明显相关性,波向较风向偏于台风移动方向且两者偏差较大;两个台风进入黄海之前就形成一个从黄海向渤海的“涌浪舌”。海浪成分方面,台风“利奇马”引起的沿海区大浪主要是风浪,而台风“梅花”移动路径的右侧以风浪为主,左侧则主要是涌浪;通过建立无因次波高与无因次周期的幂律关系、以及有效波高关于风速的二次多项式变化关系,研究了风-浪成长特性,结果发现,台风浪的成长特性与台风过程关系不明显,但与所处水域的水深和海底地形地貌有关,表现为两个台风在黄海区域的台风浪成长较渤海区域更为充分。