基于GPU技术的风暴潮集合预报

台风预报的准确性在风暴潮预报中起着重要作用。台风强度和路径的不确定性意味着使用集合模式来预报风暴潮。本文利用中央气象台的最优路径台风参数驱动国家海洋环境预报中心业务化的水动力学模型，开展华南沿海的风暴潮模拟，模式模拟结果与实测吻合较好。为了改进计算效率，采用CUDA Fortran 语言对模型进行了改造，改造后的模型在计算结果与原模型基本一致的基础上，计算时间缩短了99%以上。通过融合欧洲中期天气预报中心（ECWMF）的50条路径与3种可能台风强度构造出了150个台风事件，并用150个台风事件驱动改进的风暴潮数值模型，计算结果可以提供集合预报产品和概率预报产品。通过“山竹”台风风暴潮过程可以发现集合平均预报结果和概率预报结果与实测吻合较好。改进的数值模型可以运行普通工作站上，非常适合风暴潮集合预报，并且可以提供更好的决策产品。     

福建省风暴潮时空分布特征分析

分析20世纪50年代以来福建省7个有代表性验潮站的近700站次台风风暴潮过程,利用建立的风暴潮评价指标,对福建省风暴潮的时空分布特征开展研究。结果表明:福建省风暴潮主要出现在7月至10月,其中以8月最多,9月次之;风暴潮灾害主要发生8月和9月,以9月居多。各级风暴潮中,增水为50~100 cm的风暴潮次数约占70%,沿海各区域中,风暴潮频发区和严重区为闽江口,风暴潮次数明显偏多、偏强;风暴潮灾害频发区为闽江口,风暴潮灾害严重区则依次为闽江口和宁德区域。1954-2008年间,风暴潮发生次数总体呈现上升趋势;风暴潮灾害呈较明显的上升趋势。     

中国西南低空急流和西南低层大风对比分析

通过从垂直切变角度对中国低空急流的定义,表明西南低层大风现象有两类:有垂直轴的低空急流和无垂直轴的西南低层大风(简称低层大风),并揭示了二者的气候学和天气学特征差异。分析表明:在江南地区,低空急流主要活动在4~7月850 hPa,有明显的日变化,和华南、江淮地区的暴雨期同步;在东北地区,低空急流在全年都有较多活动,多在925 hPa,日变化不明显,和降水季节没有同步性。低层大风主要活动在700 hPa,日变化不明显,江南地区主要发生在12月至翌年4月,东北地区全年都有少量出现;江南地区低空急流日,从850 hPa至500 hPa随着高度增加,气压梯度明显减小,风速随高度减小,大风只存在于对流层低层。东北地区低空急流日的气压梯度随高度减弱不明显,低空急流轴浅薄,位于925 hPa左右的低层,其上方仍然受高空急流控制。低层大风日,从850 hPa至500 hPa随着高度增加,气压梯度明显增大,风速随高度增强,大风存在于对流层整层。风场和气压场变化趋势都近似满足地转风关系。江南地区低空急流的水平尺度和垂直厚度比较大,东北地区的低空急流尺度与“狭管”地形相当。江南地区的西南低层大风当其活动高度下降到850 hPa以下并和副高西侧西南气流配合时,也有较强的水汽输送作用,伴有明显降水天气。东北地区的低空急流和低层大风,主要是与中高空大风的向下延伸和地形强迫有关,气流一般为西北再转成西南风,水汽输送能力小,不利于产生大的降水天气。总之,低空急流和低层大风有着不同的结构和成因,它们的动力热力学涵义也不同,通过对二者区分,可以更合理地理解中国低空急流与暴雨(雪)天气的关系。     

广东省风暴潮时空分布特征及重点城市风暴潮风险研究

收集、整理、分析1949年以来广东省10个典型验潮站的近500站次台风风暴潮过程,开展了广东省台风风暴潮和超警戒风暴潮时空分布特征研究。结果表明:广东省台风风暴潮主要发生时间为7—9月,其中7月最多、9月次之,雷州半岛东岸无论发生次数还是强度都明显偏多、偏强,其次为阳江;风暴潮灾害则主要发生在7—10月,以7月最多;风暴潮灾害频发区依次为珠江口、雷州半岛东岸、阳江和汕头,风暴潮灾害严重区依次为汕头、阳江和雷州半岛东岸,阳江和雷州半岛东岸为风暴潮灾害频发区和严重区。选取受台风风暴潮影响频繁和严重的典型区域阳江市。利用业务化的台风风暴潮模式开展了不同等级台风影响下阳江市的最大风暴潮风险研究,中心最低气压为970hPa的台风在最有利路径下产生的风暴潮为185cm,约20a一遇,940hPa的台风产生的风暴潮为310cm,约为500a一遇。     

北京及其周边地区一次大雾的数值模拟及诊断分析

利用美国国家大气研究中心研制的第5代中尺度模式系统MM5对2002年12月1~4日北京及其周边地区出现的一次大雾进行了数值模拟研究,模拟的雾出现和消散时间与实况一致。同时对雾形成和维持的机制进行了分析,讨论了雾发生发展阶段的物理过程,并对影响大雾过程的辐射条件做了敏感性试验。结果表明:形成大雾的主要原因是大气层结稳定,水汽充沛,地面的长波辐射冷却;近地面层微物理过程充分发展和雾顶的强烈辐射降温致使雾在垂直空间上出现爆发性发展;而太阳短波辐射对雾的减弱消散有着重要影响;深厚逆温层的维持对雾层长时间维持起着决定性作用。     

风暴潮、大潮对广西涠洲岛西南沙滩侵蚀的影响分析

本文统计分析了广西涠洲岛沿海气候、潮汐和风暴潮等历史资料,利用耿贝尔方法推算了涠洲岛多年一遇年极值高潮位,并估算了其漫滩范围分布,指出近几年高潮位出现的频次和极值均越来越高是涠洲岛西南部沙滩侵蚀愈加严重的重要原因,最后结合风暴潮-海浪耦合数值模拟了研究区域内"0312"号台风风暴潮漫滩的情况,分析了风暴潮和大潮对涠洲岛西南部沙滩侵蚀的影响,对当地岸滩修复和防护具有一定的指导意义。     

台州沿海地区台风风暴潮淹没风险分析

台州市是我国遭受台风风暴潮灾害最为严重的地区之一,对台州地区进行风暴潮淹没风险分析对于该区域的海洋防灾减灾工作有着十分重要的意义。找出对整个评估区域各控制点均能产生较大增水的台风路径作为淹没风险分析的基础路径,同时为保守起见,保证每次台风过程的最大增水均叠加在当地天文高潮上,根据台风强度不同分为6个等级对应风暴潮的不同强度,评估分析六个不同等级的台风风暴潮叠加到台州当地天文高潮所产生的风暴潮灾害。评估中还充分考虑了实际一维海堤等对评估结果的影响,评估结果更加合理。从分析的结果来看,由于台州市区高程普遍偏低,一旦出现海水漫堤的情况,将会在评估区域内造成大面积的淹没,受灾程度视淹没深度和范围不同而不同。     

海平面上升对河北黄骅台风风暴潮漫滩影响的数值研究

基于河北省黄骅地区的风暴潮漫滩灾害风险评估模型,利用成熟的业务化台风风暴潮数值预报模式、100m分辨率的风暴潮漫滩数值模式,以及该地区的海平面上升和地面沉降结果数据,对台风登陆地点、路径、方向进行科学组合,利用各种组合参数条件进行数值计算,得到了995、985、975、965hPa四种台风强度下,海平面上升对风暴潮漫滩的影响。在相对海平面上升50cm和100cm情况下,四种台风强度的风暴潮平均最大漫滩面积分别增加了约35%和86%;台风强度中等,即985或975hPa时,风暴潮最大漫滩面积的增加更为显著。研究表明,海平面上升对该地区的漫滩影响非常明显,有效防范风暴潮灾害的同时,在气候变化的大背景下,应进一步研究和提出应对海平面上升的长效防治措施。