南海东北部上层海洋对台风“莲花”的响应

台风过境会引起所经海域海洋环境要素场剧烈响应。本文通过分析南海东北部上层海域各要素对2015年第10号台风"莲花"的响应过程,发现以下规律:台风过境期间,海表温度(SST)影响台风的移动路径和强度,两次显著的台风移动方向偏转均发生在台风下垫面温度发生显著改变的条件下。台风吸收海表热量引起SST降低0～1.5℃,而这种热量(以短波辐射和潜热通量为主的海表净热通量)吸收引起的海表失热每秒可达60 W/m2,对台风移动过程产生影响。同时,台风过境时(7月6—9日)的SST降低与失热变化都存在一定的"左偏性"。台风引起的Ekman抽吸速率最高可达1.6×10-3m/s,引起台风过后(7月9日之后) SST的降低。通过对海面10 m风场、海表温度、降雨量进行EOF分析发现:风场在南海东北部海域呈东西反位相分布,风场增强持续时间约5天,具有显著"右偏性"且近岸的局部风场特征明显;降雨量在台风期间呈全域一致性的增加,持续时长约4天,具有显著"左偏性"且在吕宋岛北部局部降雨特征明显;SST在南海东北部绝大部分海域呈降温态势,时长超过8天,降温时间滞后风场约2～3天。整个降温过程(7月5—15日)受Ekman抽吸作用较海表失热作用更大,表现为在台风右侧降温更为显著。同时,台风移动速度越慢,降温效果越明显。台风过境时,粤东离岸流显著增强,上升流区的垂直温度降幅可达2.5℃且滞后流场响应约1～2天;垂直盐度降幅可达1.3 psu且滞后流场响应约2～3天。总体上看,温度在台风响应过程中起着重要的联结作用。     

台风Wayne过后南海北部陆架海域的近惯性振荡

1986年8月18日8616号台风维纳(Wayne)在南海中部生成,其后在南海北部迂回盘旋,前后3次穿越巴士海峡,9月4日在海南岛登陆。布放在海南岛东部陆架上的锚系浮标记录了台风中心过境前后风和近表层的海流响应。分析结果表明,台风中心过境造成海水强烈的近惯性运动,其影响大约持续了6—8d,近惯性振荡的频率为0.029 2周.h-1(周期约34.2h),高出当地的惯性振荡频率(0.028cph)4.3%。带通滤波所提取的惯性运动特征显示,台风过境后惯性振荡逐渐衰减,惯性圆逐渐向西南方向偏移。根据这一个例,探讨了台风条件下近表层流速与风速的关系以及台风尾迹中近惯性流流速衰减过程的经验描述,可为近海海洋工程设计提供参考。     

南海北部海域对台风尼格的响应特征分析

本文基于布放于南海北部的ADCP海流数据和温度链数据,分析了南海北部上层海洋对强台风尼格响应特征。结果表明:台风活动会生成强烈的近惯性振荡;在热力学方面会引起南海北部海区特别是表层海水迅速降温,海温的日变化特征消失;动力学方面近惯性内波成为支配研究海区海水流动的关键因素,造成流速迅速增大;此外近惯性内波会向下传播,并且下传时经历由慢至快的过程;最后近惯性内波会引起波-波相互作用,包括近惯性内波的入射和反射波之间相互作用生成频率两倍于惯性频率的内波,以及近惯性振荡与半日内潮相互作用生成两者频率之和的波动,使近惯性能量发生转移。     

南海西北部上层海洋对台风“杜苏芮”的响应分析

基于锚碇观测资料,本文分析了南海西北部陆坡区上层海洋对台风“杜苏芮”的动力学和热力学响应特征。在动力学响应方面,台风“杜苏芮”期间上层流速显著增强,混合层纬向流速可达1.20 m/s;“杜苏芮”经过后上层海水运动以近惯性振荡为主(流向顺时针旋转周期在36～40 h之间)。近惯性能量在垂向分布上存在两个高值中心,分别位于混合层和温跃层深度上。近惯性能量耗散过程的e折时间尺度约为3.7 d,我们认为能量的向下传播在局地近惯性能量衰减过程中起主要作用。对能量谱的分析表明,“杜苏芮”作用期间近惯性频率能量相对于其作用前增大了约29.4倍,而全日和半日频率(K₁和M₂)能量有所减弱。此外,能量谱显示近惯性频率存在明显的“蓝移”现象,即对于纬向和经向流速分量在400 m以浅平均的近惯性振荡频率分别为1.167 f₀和1.170 f₀(f₀为局地惯性频率)。蓝移与近惯性内波的向下传播及正的相对涡度的输入有关。在热力学响应方面,上层海洋在台风的搅拌作用下,40～250 m深度均出现较小增温,最大增温幅度接近1°C;此外70 m以浅盐度的降低可能与台风过境时的降水相关,而Ekman抽吸引起的上升流则可能对70～100 m深度盐度的升高具有重要作用。     

基于再分析数据的南海三维温盐结构特征分析

掌握南海三维温盐场特征对于研究南海海洋动力环境及其对海洋气候变化的影响具有重要意义。基于海洋再分析数据GLORYS12V1和AVHRR OISST数据,开展了南海温盐空间分布及季节变化分析,以及海表温度对台风过程的响应特征分析。分析结果表明：南海海表温度一般为25～32℃,最高温度出现在8月的黄岩岛附近海域,海表盐度一般为32～35 psu,最高盐度出现在7月的东海附近海域;温盐垂向结构表现为表层高温低盐,随着深度增加温盐季节性变化越小。南海地区温跃层深度存在明显季节变化特征,秋冬季节温跃层深度大于春夏两季。根据“威马逊”台风期间海表温度变化特征分析海表温度对台风过程的响应,台风期间南海水体垂向混合作用增强,海表温度降温明显。     

珠江口鸡啼门近海海洋对台风的响应

海洋对台风的响应对台风预报具有重要意义,但是由于动力结构比较复杂,近岸水体对台风的响应仍然不明确。基于珠江口海洋生态环境教育部野外科学观测研究站的1号浮标观测资料(2021年7~8月),分析了珠江口鸡啼门海域在台风“查帕卡”和“卢碧”期间海洋动力学和热力学响应特征。台风过境引起水体的纬向流速显著增强,“查帕卡”激发了强烈的顺时针近惯性振荡,“卢碧”则激发了接近惯性频率的逆时针海水运动。受当地浅水深的影响,近惯性能量在一个惯性周期(32 h)后快速耗散。两个台风引起的海表温度(sea surface temperature,SST)降温幅度均大于2.2℃,这种降温受潜热通量影响较大;同时,台风过后晚上的SST均大于白天的SST,这也是受到潜热通量的影响。     

黄海海洋对台风“灿鸿”外围过程响应的观测研究

2015年9月台风“灿鸿”经过黄海海域的QF111浮标,该浮标观测到黄海海洋的温度和流速响应。受台风影响,黄海海表温度有明显的下降,降温幅度在2~4°C,且在台风路径右侧形成了海表面温度低于20°C的低温斑块。流速的响应主要表现为台风过境期间流速增强,达1.2~1.5 m/s,呈现出全水深强化的特征。风一直对海洋有能量输入,且在台风过境期间风输入海洋的能量最大,旋转功率谱的分析结果表明台风输入海洋的能量向海洋内部传播。黄海海域由台风激发出的近惯性振荡衰减较快,近惯性振荡e折时间尺度约为2 d。     

南海北部陆架陆坡区海流观测研究

针对2006-2009年期间,南海北部陆架陆坡区3个站ADCP海流连续观测资料,采用功率谱分析、潮流调和分析方法,重点分析了陆架陆坡区100 m,200 m和1 200 m水深海域海流的垂向结构,探讨了环流的季节变化和空间分布特征,特别讨论了南海暖流和北陆坡流的时空变化特征。结果表明,陆架陆坡区潮流类型属于不规则日潮,深水站点中层表现为正规全日潮类型,垂向为"三层结构",甚至更加复杂。O₁,K₁,M₂,S₂等分潮总体上为顺时针旋转,在深水站点,基本表现为西北－东南走向的往复流形态。从能量角度看,表层和底层海流中,潮流所占份额较大,分别占30%~40%和40%~50%,中层较小,约为20%。对东沙群岛西南陆架陆坡区环流,观测计算结果证实了西向强流的存在,且垂向结构具有显著的季节变化,在200 m水深处没有明显的南海暖流,只是10~30 m以上层次存在逆风海流。海南岛以东海域连续15个月表层环流的结果表明,冬季明显受到南海暖流的影响,存在东北向的逆风海流,夏秋季的环流表现为西南向,流速较强,夏季也存在逆风情况,造成上述情形的原因可能是该地南海暖流的流轴具有季节性变化——冬季偏南,夏季偏北。     

南中国海北部对台风的响应

南海北部近岸海域的风暴潮爆发频率高、危害大,其中广东近岸海域每年由于台风遭受的经济损失高居全国之首,因此更好地评估和预测南海近岸对台风的响应过程有着重要意义。本文基于实测数据,利用潮汐风暴潮近似解公式分析了潮汐与风暴潮相互作用在风暴增水中的作用比例和特征。基于FVCOM-SWAVE模型,分析在台风登陆过程中,南海北部区域对不同路径台风的响应,并设计风场气压驱动实验和波流耦合模型实验,探究了南海北部近岸对不同台风的响应过程的成因,分析了波流相互作用对近岸增水过程的影响。结果显示:潮汐风暴潮相互作用会对风暴增水有着重要的调制作用。首先,其会使余水位有着近似潮汐的震荡,振幅约为0.1m-0.2m。其次,在风暴潮模拟中,加入波流相互作用的分析能够明显改善南海西北部近岸风暴增水过程的模拟精度,误差能够提高0.1m左右。最后发现,南海北部区域存在着由台风激发、向西传播的陆架波,路径有两条:一条沿着我国南海沿岸并穿过琼州海峡进行传播,另一条沿着海南岛东侧路径进行传播,其速度大约在2-5m/s左右,并造成水位响应的西边界强化现象。同时,在台风到来时,琼州海峡东西两侧产生较大的水位梯度,西向流通量显著增加,造成大量的海水进入北部湾。     

热带风暴GONI活动期间南海上层热结构变化及海浪、风暴潮特征分析

基于遥感资料和实测的潮位、波浪数据,对2009年热带风暴GONI("天鹅")活动期间南海上层热结构的变化以及广东省台山市广海湾内风暴潮和灾害性海浪的产生发展过程进行研究,结果表明:热带风暴GONI活动期间,海表温度分布上明显出现大片低温区,最大降温幅度达2℃左右,而且最大降温区域集中在热带气旋轨迹偏右的海域:热带气旋登...     

强台风“珍珠”引起的近岸波浪场数值分析

台风浪的研究对于船舶航行、避风以及港口、海洋和近岸建筑物的安全有着重要的现实意义.本文基于考虑波浪折射、底部损耗及波浪破碎等的波谱模型,在充分考虑风能量输入、白帽耗散、水深诱导以及波-波间的非线性相互作用等物理过程,对袭击广东省和福建省沿海的0601号强台风“珍珠”引起的台风浪过程进行了数值模拟计算,计算结果与云澳海洋...     

Morse-3型S波段测波雷达比对试验结果分析

为了评价Morse-3型S波段测波雷达试验数据的有效性和实际观测效果,在遮浪岛附近以MKⅢ型波浪骑士浮标作为比对仪器进行试验.比对结果显示,所有参数的测量结果均略高于比对仪器的测量结果,且两者的相关性较好,平均波高和对应波周期测量结果最好.波高数据相关系数为0.936,误差介于(-0.1～0.1)m和(-0.2～0.2)m的概率分别为58.59％和99.38％;波周期误差介于(-1.5～1.5)s的概率为64.18％,误差标准偏差为0.50 s.     

南麂站定常波风浪波高与风速的经验关系

本文以南麂海洋站１９８３～１９９０年风、浪的实测资料为依据，建立了南麂海城春、夏、秋、冬季定常波风浪波高与风速的经验关系式。检验结果表明，曲线回归显著，计算值与实测值吻合良好。文中还对偏ＮＮＥ向和偏ＳＳＷ向计算波高随风速增大的快慢，同一方向在同一风速作用下计算波高的季节变化及其机理作了初浅的讨论。     

永暑海区波浪要素变化特征分析

利用永暑礁测站1988-2009年共22a的波浪实测资料,对永暑海区的波浪要素的基本特征、变化规律、风与浪的相关规律进行分析研究,阐明了海区海浪的特点及其年变化规律。该区是热带季风气候区,海区的波浪主要受季风影响,季风时期的风向、风浪传播方向、涌浪传播方向基本一致。波高以轻浪和中浪为主,小波分析表明波高在6-9月具有3-6年的变化周期。提供了较详实的海浪资料及变化规律。     

Estimation of Design Wave Height for the Waters around the Korean Peninsula

Long term wave climate of both extreme wave and operational wave height is essential for planning and designing coastal structures. Since the field wave data for the waters around Korean peninsula is not enough to provide reliable wave statistics, the wave climate information has been generated by means of long-term wave hindcasting using available meteorological data. Basic data base of hindcasted wave parameters such as significant wave height, peak period and direction has been established continuously for the period of 25 years starting from 1979 and for major 106 typhoons for the past 53 years since 1951 for each grid point of the North East Asia Regional Seas with grid size of 18 km. Wind field reanalyzed by European Center for Midrange Weather Forecasts (ECMWF) was used for the simulation of waves for the extratropical storms, while wind field calculated by typhoon wind model with typhoon parameters carefully analyzed using most of the available data was used for the simulation of typhoon waves. Design wave heights for the return period of 10, 20, 30, 50 and 100 years for 16 directions at each grid point have been estimated by means of extreme wave analysis using the wave simulation data. As in conventional methodsi of design criteria estimation, it is assumed that the climate is stationary and the statistics and extreme analysis using the long-term hindcasting data are used in the statistical prediction for the future. The method of extreme statistical analysis in handling the extreme events like typhoon Maemi in 2003 was evaluated for more stable results of design wave height estimation for the return periods of 30–50 years for the cost effective construction of coastal structures.     

台湾海峡及其邻近海域灾害性海浪的时空分布

据１９６６～１９９３年台湾海峡及其邻近海域灾害性海浪观测资料的统计分析得出,东海灾害性海浪平均每年出现１１．４６次,台湾海峡为７．２９次,台湾以东洋面及巴士海峡为１０．１１次;该区灾害性海浪出现次数有显著的年际和月际变化。这些结果可为台湾海峡区域海洋学的发展提供有意义的素材,也为防灾减灾,做好灾害性海浪短期预报和中、长期预测提供一条有效途径。     

东方市近岸海域波浪特征分析

为了解海南东方市近岸海域波浪基本特征,根据东方海洋环境监测站使用的SZF型波浪浮标连续11 a的实测数据,进行了统计分析。首先对波浪要素进行统计,得到了各向各级波高的季节分布,以及波高和周期的均值与极值;再对波高和周期的联合分布、平均持续时间与波高的关系进行了探讨;最后选取一典型台风浪过程进行分析。结果表明本海域以S向浪出现频率最高,为14.3%,其次是N向和NNE向,频率均为11.9%;强浪向为S向和N向,浪向分布与东方市所处地理位置相符。该海域以有效波高小于1.3 m的小浪和轻浪为主,年出现频率为97.6%, 4级中浪占2.22%, 5级大浪仅占0.12%,只有在夏、秋季台风过境时才出现。累年有效波高平均值为0.49 m,最大值为3.2 m;最大波高为5.6 m,最大波高平均值为2.5 m;平均有效周期为4.2 s,最大有效波周期为9.5 s。有效波高在1.0 m以下,且周期在4～5 s的波浪出现频率最大,为80.5%。强台风“海燕”影响期间,波高具有明显的滞后特征, 5级大浪持续了10 h,浪向与风向基本一致,说明台风产生的波浪是以风浪为主,最大波高均出现于偏S向。通过波谱分析,...     

深水波浪破碎时波浪演化特征实验研究

采用能量聚焦的方式产生深水破碎波,并通过增加输入波陡使发生不同强度的波浪破碎现象。实验中,沿水槽中心位置布置22个浪高仪,分析波浪传播过程中的波面演化特征。对水槽不同位置处波面数据进行波能谱与小波能谱分析,发现在聚焦波传播过程中,低频能量部分保持相对稳定,而一次谐波高频部分先逐渐拓宽,经过破碎区域后又逐渐恢复。能量在高频部分有所损失,这种现象在破碎时更加明显,且破碎强度越大,越显著。波浪未破碎时,由于波浪传播过程中高频部分拓宽,导致聚焦前后特征频率略有增加,特征群速和特征周期略有减小;当波浪破碎时,由于破碎导致的能量损失比较明显,且卷破时更加明显,导致破碎后特征频率减小,特征群速和特征周期增大。     

海浪特性及其传播变形研究新进展

综述第27届国家海岸工程会议（ICCE2000）上有关海浪特性及其传播变形研究的新进展，内容包括海浪的时域特性，海浪的特征，海浪的传播变形和波浪的破碎，反射等四部分。     

基于格子Boltzmann方法的斜坡堤越浪数值模拟研究

准确确定越浪量对于斜坡堤设计有重要意义。利用格子Boltzmann方法(LBM),并采用主动吸收式速度入口造波、出流边界消波、VOF方法追踪自由表面以及静态Smagorinsky模型模拟紊流运动,建立二维数值波浪水槽,对光滑斜坡堤上规则波与不规则波越浪进行数值模拟。模拟结果与试验值及其他数值模型结果比较表明,二维LBM数值波浪水槽具有模拟斜坡堤越浪的能力,但对于破碎较为剧烈的越浪过程模拟,该模型还存在一定的不足,未来可从提高自由表面模型精度等方面进一步改善其性能。